Pt100 Принципы и промышленное применение датчиков

В промышленных условиях, где критически важны точные измерения температуры, одна технология выделяется своей надежностью и точностью: платиновый термометр сопротивления Pt100. Известный своей превосходной линейностью, стабильностью и коррозионной стойкостью, этот датчик играет жизненно важную роль в промышленных приложениях измерения температуры.

Обозначение "Pt100" раскрывает ключевую информацию об этом типе датчика. "Pt" означает платину, благородный металл, используемый в качестве чувствительного элемента, а "100" указывает на сопротивление 100 Ом при 0°C. Аналогичные обозначения применяются к другим термометрам сопротивления (RTD), таким как Cu100 (медь) или Ni120 (никель).

Среди различных типов RTD, Pt100 остается наиболее широко используемым. Исключительные физические и химические свойства платины делают RTD на основе платины (часто называемые платиновыми термометрами сопротивления или PRT) предпочтительным выбором для прецизионных измерений.

Pt100 работает на основе фундаментального принципа: при повышении температуры электрическое сопротивление платинового элемента также увеличивается. Стандартный датчик Pt100 показывает 100 Ом при 0°C и 138,5 Ом при 100°C, демонстрируя устойчивое изменение примерно на 0,385 Ом на градус Цельсия.

Все спецификации Pt100 — включая значения сопротивления, температурные коэффициенты, допуски и цветовые коды кабелей — соответствуют международному стандарту BS EN 60751:2008. Эта стандартизация обеспечивает взаимозаменяемость датчиков от разных производителей.

Несмотря на то, что это драгоценный металл с более высокой стоимостью материала, платина обеспечивает непревзойденную линейность и стабильность при измерении температуры. Ее исключительная коррозионная стойкость и химическая инертность в сочетании с высокотемпературной стабильностью делают ее идеальной для требовательных применений. Помимо RTD, платина также используется в высокотемпературных термопарах.

Следует отметить, что фактическое содержание платины в датчике Pt100 минимально, что делает стоимость материала небольшой частью общей цены датчика.

Промышленные датчики Pt100 обычно используют одну из двух технологий измерения: тонкопленочные элементы или проволочные элементы.

Тонкопленочная технология доминирует в массовых, чувствительных к стоимости промышленных применениях. Эти элементы представляют собой лазерно-обрезанную платиновую сетку, нанесенную на керамическую подложку, при этом автоматизированное производство обеспечивает стабильное качество. Широко используются в автомобильной промышленности и производстве бытовой техники, тонкопленочные датчики предлагают:

• Прочная конструкция выдерживает значительные удары и вибрации
• Стандартный рабочий диапазон от -70°C до +500°C
• Типичные допуски класса B или класса A (некоторые достигают точности 1/3 DIN)

Однако существуют ограничения. Более высокие требования к точности уменьшают используемый температурный диапазон. Термическое циклирование может вызывать накопление напряжений между платиновой сеткой и керамической подложкой, что потенциально влияет на долгосрочную точность.

Проволочные элементы, хотя и более дорогие из-за ручного производства, обеспечивают превосходную надежность — особенно в долгосрочной стабильности. Эти датчики представляют собой вручную намотанные платиновые катушки, вставленные в пористые керамические изоляторы, что позволяет свободному тепловому расширению без накопления напряжений.

Основные преимущества включают:

• Расширенный температурный диапазон до 650°C
• Более высокие классы допусков
• Единственный жизнеспособный вариант для криогенных применений до -200°C

Компромисс заключается в механической прочности — проволочные элементы не подходят для условий с высокой вибрацией из-за их минимально поддерживаемых платиновых катушек.

Независимо от технологии измерения, зонды Pt100 имеют схожие принципы конструкции. Большинство из них имеют защитные металлические оболочки — обычно из нержавеющей стали 316 для общего использования, с альтернативами, такими как нержавеющая сталь 310 или Inconel, для специализированных применений.

Открытые или вентилируемые элементы могут измерять сухие газы, но следует избегать контакта с жидкостями. Методы подключения варьируются от прямого кабеля до клеммных коробок или промышленных разъемов, в зависимости от требований установки.

Измерение выходного сигнала Pt100 просто с помощью коммерческих приборов, которые обрабатывают как сбор сигнала, так и линеаризацию. Для длинных кабельных трасс преобразователи температуры преобразуют сигнал сопротивления в стандартные промышленные выходы 4-20 мА, обеспечивая надежную передачу на большие расстояния. Преобразователи монтируются в распределительных коробках или на DIN-рейках по мере необходимости.

Pt100 представляет собой конкретный тип RTD с сопротивлением 100 Ом при 0°C и 138,5 Ом при 100°C. Его стабильность и точность делают его промышленным стандартом для измерения температуры в технологических процессах и лабораториях.

Датчик работает на основе предсказуемой зависимости сопротивления платины от температуры, описываемой уравнением Каллендера-Ван-Дюзена. Это линейное изменение обеспечивает точное измерение температуры в промышленных и научных приложениях.

Как RTD, соответствующий IEC 60751, датчики Pt100 сочетают в себе надежность измерений и точность. Их платиновые элементы обладают низким гистерезисом и превосходной коррозионной стойкостью, часто заключены в оболочки из нержавеющей стали или специальных сплавов для суровых условий.

С температурными рейтингами, превышающими 600°C, эти датчики обслуживают требовательные приложения, от промышленных печей до мониторинга выхлопных газов. Различные варианты проводов (медь, никель и т. д.) и стандартизированные разъемы обеспечивают совместимость между системами измерения.