Zauważyliście Państwo, że niektóre czujniki Pt100 oznaczone są klasą dokładności B, a niektóre A? Inne natomiast klasą F 0,3 lub F 0,15? W niniejszym artykule omówimy parametry czujników Pt100 określone w międzynarodowej normie IEC 60751 i wyjaśnimy różnice w klasach dokładności.
Właściwości Pt100
Platyna jest metalem szlachetnym odpornym na korozję i wyróżnia się wysoką stabilnością długoterminową. Pt100 cechuje się ponadto wysoką powtarzalnością pomiarową oraz nieznaczną nieliniowością. Innymi bardzo użytecznymi właściwościami jest bardzo wysoka odporność na wahania temperatury oraz wysoka dokładność pomiarowa. Dzięki dużemu zakresowi temperatury czujnik Pt100 jest najczęściej wykorzystywanym elementem pomiarowym w przemysłowych rozwiązaniach do pomiaru temperatury.
Znaczenie międzynarodowej normy IEC 60751
Normy mają fundamentalne znaczenie dla środowiska przemysłowego gwarantują bowiem, że wyroby wyróżniają się stałą i możliwą do prześledzenia jakością. Jeśli produkt wytworzony jest zgodnie z międzynarodowymi normami, wszystkie podmioty rynkowe mają pewność, że ma właściwości, którymi jest opisywany. Zgodnie z powyższym przetwornik Pt100 wyprodukowany w zgodzie z normą IEC 60751 wyróżnia się taką samą opornością oraz określoną krzywą tolerancji. Dzięki temu użytkownik może wymienić uszkodzony czujnik na nowy bez konieczności ponownego ustawiania obwodu pomiarowego. Ponadto można bez trudu wymienić jeden regulator na inny, pod warunkiem jednak, że wyposażony jest w wejście Pt100.
Różnice pomiędzy rezystorami a termometrami
Zdj. po lewej: Pt100, w wersji cienkowarstwowej
Zdj. na środku: Pt100, w wersji drutowej, rezystor szklany
Zdj. po prawej: Pt100, w wersji drutowej, rezystor ceramiczny
W rewizji normy IEC 60751 z roku 2008 określono nowe klasy dokładności i zakresy pomiarowe dla czujników Pt100. Po raz pierwszy wprowadzono rozróżnienie między rezystorami a termometrami rezystancyjnymi. Rezystor składa się z drutu platynowego (rezystor drutowy) lub warstwy platynowej (rezystor warstwowy) i przeznaczony jest do montażu w termometrach rezystancyjnych. Natomiast termometr rezystancyjny (c) zgodnie z definicją składa się z następujących elementów:
- rezystora (a lub b) wbudowanego w rurę osłonową
- wewnętrznych przewodów łączących oraz zewnętrznych przyłączy służących do połączenia z elektrycznymi przyrządami pomiarowymi
- elementów mocujących, przewodów przyłączeniowych (d) lub główek przyłączeniowych, w zależności od wersji wykonania.
Porównanie: Rezystor (a = wersja drutowa, b = wersja warstwowa) i termometr oporowy (c)
Historia powstania i rozwoju normy IEC 60751
Na początku norma uwzględniała dla przetworników Pt100 tylko klasę A i B. Nie było podziału na rezystory i termometry, ani na rezystory drutowe i warstwowe. Pod wpływem reklamacji zgłaszanych przez klientów producenci termometrów (niezależnie od siebie) zaczęli przeprowadzać pomiary dokładności termometrów swoich i konkurencji. Okazało się, że w przypadku termometrów z rezystorami cienkowarstwowymi w wyższych temperaturach reakcje są inne niż opisano to w normie. Te zmiany zostały uwzględnione w rewizji normy IEC 60751. Klasy dokładności A i B wyróżniające termometry oporowe zostały zachowane. Uzupełniono je o klasy AA i C. Wynikało to z potrzeb klientów domagających się dokładniejszych termometrów (klasa AA). W normie uwzględniono również większą niedokładność rezystorów cienkowarstwowych w temperaturze powyżej 500°C (klasa C).
Przyczyny i wyniki rewizji normy IEC 60751
Komitet normalizacyjny podzielił rezystory – analogicznie do termometrów – na klasy. Badania wykazały, że charakterystyka rezystora w warunkach laboratoryjnych jest inna niż w przypadku zastosowania go w termometrze. Ma ona wpływ na zakres stosowalności oraz odchyłki od wartości granicznych. Może się zatem zdarzyć, że rezystor został zakwalifikowany do klasy A, jednak po zamontowaniu w termometrze wykazuje cechy typowe dla innej klasy. Skutkiem tego może być również odchyłka od wartości granicznych. By w pełni uwzględnić zmiany, została stworzona oddzielna tabelka odnosząca się do rezystorów. Uwzględniono również różnice zakresu temperatury dla przetwornika Pt100 w wersji drutowej i wersji cienkowarstwowej (rezystor warstwowy). Przetworniki Pt100 w wersji drutowej dostępne są w klasach W 0,1 / W 0,15 / W 0,3 / W 0,6 (W oznacza „Wire wound“). Rezystory warstwowe natomiast w klasach F 0,1 … F 0,6 (F oznacza „Thin Film“)
| Resystory | ||||
|---|---|---|---|---|
| Rezystory w wersji drutowej | Rezystory w wersji cienkowarstwowej | Błąd wartości granicznej [°C] | ||
| Klasa | Zakres [°C] | Klasa | Zakres [°C] | |
| W 0.1 | -100 … + 350 | F 0.1 | 0 … +150 | +/- (0.1 + 0,0017 * t) |
| W 0.15 | -100 … +450 | F 0.15 | -30 … +300 | +/- (0.15 + 0,002 * t) |
| W 0.3 | -196 … +660 | F 0.3 | -50 … +500 | +/- (0.3 + 0,005 * t) |
| W 0.6 | -196 … +660 | F 0.6 | -50 … +600 | +/- (0.6 + 0,01 * t) |
Tabela 1: Klasy dokładności i zakresy temperatury przetworników Pt100 – rezystory według IEC 60751
| Termometry | ||||
|---|---|---|---|---|
| Rezystory w wersji drutowej | Rezystory w wersji cienkowarstwowej | Błąd wartości granicznej [°C] | ||
| Klasa | Zakres [°C] | Klasa | Zakres [°C] | |
| AA | -50 … +250 | AA | 0 … +150 | +/- (0.1 + 0,0017 * t) |
| A | -100 … +450 | A | -30 … +300 | +/- (0.15 + 0,002 * t) |
| B | -196 … +600 | B | -50 … +500 | +/- (0.3 + 0,005 * t) |
| C | -196 … +600 | C | -50 … +600 | +/- (0.6 + 0,01 * t) |
Tabela 2: Klasy dokładności i zakresy temperatury przetworników Pt100 – termometry według IEC 60751
Różnice między rezystorami w wersji drutowej i rezystorami w wersji cienkowarstwowej
Przetworniki Pt100 różnią się od siebie nie tylko zakresem temperatur. Najważniejsza różnica dotyczy ich budowy. Rezystor w wersji drutowej jest znacznie większy od przetwornika w wersji cienkowarstwowej. Rozwiązania oparte na bardzo krótkich elementach, wymagane np. przy budowie maszyn, można zrealizować praktycznie tylko za pomocą rezystorów cienkowarstwowych. Mniejsza masa tych rezystorów zapewnia krótszy czas reakcji termometru. Tego rodzaju rezystory zapewniają również wyższą odporność na drgania niż rezystory drutowe.
Znaczenie rodzaju rezystora
Zgodnie z normą IEC 60751 w oznaczeniu termometrów nie przewiduje się podania rodzaju rezystora. Dla użytkownika nie ma to z reguły żadnego znaczenia, pod warunkiem, że spełnione są wymogi dla danego zastosowania. Ze względu na różne właściwości obu rodzajów rezystora w niektórych sytuacjach znajomość wbudowanego typu elementu może być bardzo przydatna. Np. istnieje możliwość montażu termometru z rezystorem cienkowarstwowym w rozwiązaniach, w których termometr zanurza się w medium pomiarowym tylko na kilka milimetrów. Natomiast w przypadku rezystorów drutowych – ze względu na ich długość – może dojść do błędów pomiarowych, ponieważ element pomiarowy może nie zanurzyć się całkowicie w medium.
Wymiana doświadczeń
Rezystory cienkowarstwowe są standardową wersją montowaną w termometrach WIKA, pod warunkiem, że ich montaż nie jest wykluczony ze względu na zakres temperatury bądź klient życzył sobie inaczej. A jakie doświadczenia z termometrami oporowymi mają Państwo? Jakie wartości tolerancyjne są dla Państwa istotne i dlaczego? W celu kontaktu mogą Państwo skorzystać z możliwości komentowania postów lub napisać do mnie bezpośrednio.
Uwagi
Więcej informacji o termometrach oporowych znajdą Państwo na stronie internetowej WIKA lub na filmie wideo: Na jakiej zasadzie działa termometr oporowy? W informacji technicznej „Ograniczenia w stosowaniu oraz klasy dokładności platynowych termometrów oporowych według normy EN 60751” znajdą Państwo dodatkowe szczegóły dotyczące różnic między rezystorami drutowymi a cienkowarstwowymi.
Proszę przeczytać również inne nasze artykuły
Pt100 w połączeniu 2-, 3- lub 4 przewodowym?
Pt100, Pt1000 lub NTC – która opcja jest właściwa?