Totale temperaturmålinger (1:5)

Temperaturmåling - slik virker Pt100-elementet

Automatisering setter temperatursensorene og målemetoden under lupen i del 1 av vår fagartikkelserie, ”Totale temperaturmålinger”.

Artikkelserien tar et varmt dykk i temperaturmålinger, en av de mest målte parametere (Ill. iStockphoto).
Artikkelserien tar et varmt dykk i temperaturmålinger, en av de mest målte parametere (Ill. iStockphoto).

Automatisering setter temperatursensorene og målemetoden under lupen i del 1 av vår fagartikkelserie, ”Totale temperaturmålinger”.

Tekst: Rita Refvik, Endress+Hauser AS

Illustrasjoner: Endress+Hauser/iStockphoto

Temperatur måles nemlig ikke - direkte! Vi må alltid måle noe annet, som er proporsjonalt med en viss temperatur. Det finnes mange metoder; RTD (Resistance Temperature Device), TC (Thermo Couple), Pyrometere, IR målere, Distributed Temperature sensing Systems (DTS) osv.

Den store mengden industrielle temperaturmålinger foretas imidlertid ved hjelp av tradisjonelle RTD’er og TC’er. Og det er disse vi skal konsentrere oss om. 

RTD

Vi starter med RTD. Prinsippet er enkelt, og faktisk beskrevet av Sir William Siemens så langt tilbake som i 1871; en Resistance Temperature Device har en gitt motstand, ved en spesifikk temperatur. Motstanden endrer seg tilnærmet proporsjonalt med temperaturendringen. 

Det finnes flere typer, av både NTC’er (Negative Temperature Coefficient) og PTC’er (Positive Temperature Coefficient). Sistnevnte inkluderer PTC’ene som har fått egne navn, etter hvilket metall som brukes, og motstanden de gir ved en gitt temperatur: som Pt 100, Pt 500 og Pt 1000. 

Pt100

God kunnskap om temperaturmålinger kan løfte overvåking og kontroll av industriprosesser.
 

Alle har de sine bruksområder. Men i prosessindustrien verden over, er det vesentlig Pt100 som blir brukt. Da snakker vi om platinaelement, med en motstand på 100ohm ved 0 °C, og stigningen er 0,385 ohm/°C.

Nøyaktighetsklasser og temperatur /motstandstabeller er beskrevet i IEC 60751:2008.

Den reviderte standarden dekker temperaturområder, fra -200 til +600 grader C. Og har beholdt temperatur /motstandsforholdet fra den tidligere standarden. Men har ellers endringer, blant annet i forhold til toleranseklasser og en del tester. Nøyaktighetsklassene er AA (=den beste, tidligere 1/3 B), A, B og C.

Wire Wound

PT100 elementet kan brukes i en sensor av flere typer.  De vanligste i prosessindustrien er såkalt ”wire wound” og ”thin film”, og NB! De er små!  ”Wire wound” er en spiral rundt et keramisk element. Det er robust, og passer i applikasjoner med store temperaturvariasjoner eller sjokkendringer av temperaturen. Det kan brukes fra -200 °C til +600 °C, innenfor klasse A, i henhold til IEC 60751. 

Thin Film 

Thin film er et tynt lag av platina på et substrat. Denne løsningen har vært under kraftig utvikling de siste årene og er blitt meget robuste. De har rask responstid og er svært motstandsdyktige overfor vibrasjon. De kan brukes mellom -50 og 400 °C, men standarden dekker bare -50 til +250 °C. 

Målemetoder

En RTD (Resistance Temperature Detector) endrer motstand proporsjonalt med temperaturendringen. De finnes både som PTC (positiv temperaturkoeffisient) og NTC (negativ temperaturkoeffisient)
 

Selve Pt100 elementet ligger godt beskyttet i et lag av magnesiumoksydpulver (MgO), og en kappe av metall, for eksempel 316, og er gjerne plassert 5-20mm fra tuppen av kappen.

Kablingen, til transmitter eller termineringsblokk, er som 2-, 3- eller 4-wire.   2-wire kan brukes der avstanden til transmitter er kort, for eksempel hodemontert transmitter, og kravene til nøyaktighet ikke er store. Motstanden, i kablene fra sensor, blir her lagt til måleresultatet. 

Ved 3-wire løsning blir motstanden i kablene trukket fra. Feilen her er kun forskjellen i motstanden i de 3 lederne. 

En 4-wire løsning utelukker systematiske feil, da motstanden i alle lederne måles, og motstanden i sensoren kan defineres helt nøyaktig.

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå