Czujnik PT100 - zasady działania

Czujnik Pt100 jest niezwykle użytecznym przyrządem, szeroko wykorzystywanym w różnych gałęziach przemysłu oraz innych dziedzinach, dzięki swojej niezawodności i gwarantowaniu precyzji pomiarów. Z naszego dzisiejszego artykułu dowiecie się, czym charakteryzuje się to urządzenie i do czego można je wykorzystać. Zachęcamy do lektury!

Spis treści:

1. Czym jest czujnik Pt100?
2. Na czym polega pomiar temperatury?
3. Schemat działania czujnika Pt100
4. Zastosowania czujnika Pt100?
5. Znaczenie pomiaru temperatury czujnikiem Pt100

Czym jest czujnik Pt100? Charakterystyka

Czym jest czujnik Pt100? Oto krótka charakterystyka tego przyrządu.
Czujnik Pt100 to precyzyjny termorezystor umożliwiający pomiar temperatury w szerokim zakresie od -200 do 850 st. C. Nazwa Pt100 wskazuje na dwie cechy tego urządzenia: "Pt" oznacza metal, z którego produkowany jest czujnik, czyli platynę, zaś "100" - rezystancję 100 omów przy temperaturze 0 st. C.

Głównym elementem czujnika jest rezystor, którego rezystancja znacznie zmienia się wraz z temperaturą. Pomiar rezystancji czujnika pozwala na dokładne określenie temperatury dzięki stabilnym właściwościom elektrycznym platyny, gdyż zmienia ona swoją rezystancję w sposób przewidywalny. Wraz ze spadkiem temperatury, rezystancja maleje i odpowiednio - ze wzrostem temperatury, rezystancja rośnie (więcej Ω). Z tego powodu czujnik Pt100 zbudowany jest z cienkiego drutu platynowego, nawiniętego na ceramiczną lub szklaną strukturę i zamkniętego w ochronnej obudowie z metalu lub ceramiki.

Czujniki są dostępne w wariantach 2-, 3- i 4-przewodowych. Na krótkich odcinkach sprawdza się opcja 2-przewodowa, jednak największa precyzja uzyskiwana jest przy pomocy urządzenia 4-przewodowego. Pośrednią opcją jest wyprowadzenie 3-przewodowe gwarantujące wysoką dokładność pomiaru temperatury miernikiem Pt100, w korzystnej cenie w porównaniu do czujników 4-przewodowych.

Cała konstrukcja, łącznie z rezystorem i przewodami, jest zaprojektowana tak, aby urządzenie pomiarowe charakteryzowało się wysoką dokładnością. Czujniki Pt100 oferowane są przez producentów w różnych kształtach i rozmiarach. W sprzedaży znajdzie się zarówno małe sondy w metalowych rurkach, jak i większe modele w solidnych obudowach.

Na czym polega pomiar temperatury czujnikiem Pt100?

Zasada pomiaru temperatury czujnikiem Pt100 bazuje na zależności między temperaturą materiału a jego oporem właściwym. W przypadku przewodników i półprzewodników zmiana temperatury skutkuje zmianą ich rezystancji właściwej. W zależności od temperaturowego współczynnika rezystancji materiału, który może być dodatni lub ujemny, wzrost temperatury prowadzi do wzrostu lub spadku oporu.

Wyższa wartość rezystancji nominalnej zazwyczaj oznacza większą dokładność pomiaru. Istotne jest także uwzględnienie połączenia między urządzeniem pomiarowym a czujnikiem. Każdy przewód ma swoją własną rezystancję, która zazwyczaj wzrasta wraz z jego długością. Miedziane przewody mogą być podatne na zmiany oporu przy wyższych temperaturach, dlatego, aby zminimalizować błędy pomiarowe, czujniki Pt100 często są podłączane za pomocą układu 3- lub 4-przewodowego, co pozwala na kompensację błędów pomiarowych poprzez dodatkowe obwody.

Schemat działania czujnika Pt100 można przedstawić następująco:

1. Drut platynowy reaguje na zmieniającą się temperaturę otoczenia poprzez zmianę swojej rezystancji, co jest efektem zjawiska rezystywności termicznej charakterystycznego dla platyny.
2. Obudowa czujnika chroni drut platynowy przed wpływem czynników zakłócających dokładność pomiaru, takich jak wilgotność, ciśnienie czy czynniki mechaniczne. Zapewnia też stabilność mechaniczną miernika.
3. Połączenie drutu platynowego z mostkiem Wheatstone'a, zasilanego stałym napięciem, umożliwia precyzyjny pomiar zmiany rezystancji. Zmiana ta jest następnie przekształcana w wartość napięcia na wyjściu mostka.
4. Wyjściowe napięcie z mostka Wheatstone’a jest konwertowane na wartość temperatury za pomocą odpowiednich przeliczników uwzględniających zależność między temperaturą a rezystancją dla platyny.
5. Uzyskana wartość temperatury jest przekazywana do systemu sterowania lub monitorowania, gdzie jest rejestrowana, analizowana.

Jakie są zastosowania czujnika Pt100?

Czujniki Pt100 znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach, zapewniając precyzyjne pomiary temperatury w wielu kluczowych procesach.

W przemyśle spożywczym są one wykorzystywane do monitorowania temperatury podczas procesów pasteryzacji, gotowania, pieczenia czy fermentacji, co umożliwia utrzymanie optymalnych warunków temperaturowych, decydujących o jakości i bezpieczeństwie artykułów spożywczych.

Kontrola temperatury odgrywa bardzo istotną rolę w procesach laboratoryjnych oraz przemysłowych również w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym. Czujniki Pt100 są stosowane tu przykładowo do monitorowania temperatury w reaktorach chemicznych, procesach destylacji oraz podczas produkcji leków.
W przemyśle energetycznym czujniki Pt100 są powszechnie wykorzystywane w elektrowniach. Mogą być używane w generatorach, turbinach czy transformatorach, gdzie precyzyjne pomiary temperatury są niezwykle ważne dla efektywnego i bezpiecznego działania urządzeń.

Natomiast w lotnictwie i kosmonautyce mierniki te są stosowane do monitorowania temperatury silników lotniczych, systemach klimatyzacji i termoregulacji w statkach kosmicznych i innych systemach pracujących w ekstremalnych warunkach.

Znaczenie pomiaru temperatury czujnikiem Pt100

Czujnik Pt100 jest niezwykle wszechstronnym pod względem zastosowania urządzeniem, którego znaczenie w różnych dziedzinach przemysłu i innych obszarach, gdzie niezbędna jest kontrola temperatury, pozostaje nieocenione. Jego zalety, takie jak precyzja pomiarów i niezawodność, sprawiają, że jest to nieodłączny element wielu procesów produkcyjnych, monitorowania środowiska oraz badań naukowych.