PT100 온도 센서: 작동 방식 및 구매 전 확인 사항

5명에게 "PT100"이 무엇을 의미하는지 물어보면 대개 "일종의 온도 센서"라는 대답을 얻게 될 것입니다. -에 대해서만 이야기하고 있다면 괜찮지만 구매 사양을 작성하는 사람이라면 답변의 공백이 바로 나중에 문제가 나타나는 부분입니다. 벤치에서는 잘 읽히지만 써모웰에 용접되면 표류하는 센서 또는 기술적으로는 정확하지만 공급되는 트랜스미터에 대해 잘못된 방향으로 배선된 센서입니다.

이 기사에서는 PT100이 실제로 온도를 측정하는 방법에 대한 메커니즘, 선택하게 될 센서 유형 간의 실질적인 차이점, 그리고 - 이론은 지금까지만 설명하기 때문에 - 이러한 세부 사항 중 하나가 잘못되면 생산 라인에서 측정 가능한 문제가 발생하는 실제 상황을 다룹니다.

PT100이 실제로 무엇인지

PT100은 온도 변화에 따라 전기 저항이 알려진 반복 가능한 방식으로 변화하는 백금 소자인 저항 온도 감지기(RTD)입니다. 이름의 "100"은 0도에서의 저항 값, 즉 정확히 100Ω입니다. 가열하면 저항이 올라갑니다. 식히면 저항이 떨어집니다.

백금이 이를 수행하는 유일한 금속은 아닙니다. - 니켈 및 구리 RTD도 존재합니다. - 그러나 백금은 쉽게 산화되지 않고, 수년간의 열 순환에도 교정을 유지하며, 저항 곡선이 국제적으로 표준화될 만큼 잘 정의되어 있기 때문에-산업용으로 사용하기에 적합합니다. 그 표준은 IEC 60751이며, 평판이 좋은 모든 제조업체의 데이터시트가 대놓고 언급하지 않더라도 조용히 참조하는 문서입니다.

물리적으로 요소는 금속 덮개({0}} 일반적으로 316 스테인리스, 때로는 불쾌한 미디어의 경우 Inconel 또는 Hastelloy -) 안에 리드선이 송신기 또는 컨트롤러의 아날로그 입력 카드로 연결됩니다. 센서 자체에는 디스플레이나 로직이 없습니다. 단지 저항이 바뀔 뿐입니다. 다른 모든 것은 다운스트림에서 발생합니다.

PT 100 temp

독서 뒤에 숨은 물리학

온도에 따라 저항이 변하는 이유

백금이 가열되면 원자 진동이 증가하여 전자가 격자를 통과하기가 더 어려워지므로 - 저항이 증가합니다. 이 관계는 전체 범위에 걸쳐 선형이 아니지만 충분히 가깝고 잘 특성화되어 있어 조회 테이블만 사용하는 것이 아니라 방정식, 즉 Callendar-Van Dusen 방정식으로 캡처할 수 있습니다.

0도 이상의 온도에 대해 단순화된 형식은 다음과 같습니다.

Rt=R0 [1 + At + Bt²]

PT100의 경우 R0은 100옴이고 A와 B는 IEC 60751의 고정 상수입니다. 0도 아래에서는 곡선이 약간 다르게 구부러지기 때문에 세 번째 항이 추가됩니다. 이 -을 외울 필요는 없지만 이것이 존재한다는 것을 아는 것은 가치가 있습니다. 왜냐하면 한 제조업체의 "PT100"과 다른 제조업체의 "PT100"이 각각 자체 곡선을 갖는 대신 주어진 온도에서 실제로 서로 일치하는 이유이기 때문입니다.

기억할 가치가 있는 한 가지 숫자: 100도에서 표준 PT100은 대략 138.5옴을 읽습니다. 멀티미터를 사용하여 센서의 문제를 해결하고 있는데 100도 근처에도 없다면 요소, 배선 또는 실제 온도에 대한 가정에 문제가 있는 것입니다-.

주문하기 전에 알아야 할 분할도 있습니다. "유럽 곡선"(알파=0.00385)은 북미 이외의 모든 지역에서 표준인 반면, 오래된 "미국 곡선"(0.00392)은 여전히 일부 레거시 장비에 표시됩니다. 개조 시 두 가지를 혼합하는 것은 뚜렷한 이유 없이 온도 판독값이 몇 도 정도 차이가 나는 전형적인 원인입니다.

저항을 읽을 수 있는 숫자로 바꾸기

송신기는 소자를 통해 작은 전류를 통과시키고, 소자 전체의 전압을 측정하고, 저항을 계산하고, 곡선을 적용하여 온도를 내보냅니다. 그게 다야. 이는 PT100이 기본적으로 송신기나 RTD{3}}지원 입력 카드가 없으면 쓸모가 없는 이유이기도 합니다. - 센서는 측정 체인의 절반에 불과합니다.

실제로 현장 문제를 일으키는 배선 세부 사항

여기서 많은 구매 결정이 잘못됩니다. 누군가가 부주의해서 그런 경우는 거의 없습니다. - 누군가가 당신에게 말하지 않는 한 명확하지 않습니다.

2선가장 저렴하지만 리드선 자체의 저항이 판독값에 바로 추가됩니다. 30-미터가 넘는 케이블을 사용하면 이 오류는 더 이상 사소한 것이 아닙니다. 단기 실행 또는 중요하지 않은 모니터링에는 적합합니다. 당신이 통제하고 싶은 것에는 좋지 않습니다.

3선대부분의 산업 작업에 대한 기본값입니다. 세 번째 와이어를 사용하면 세 도체의 길이와 게이지가 일치한다고 가정하여 송신기가 리드 저항을 추정하고 상쇄할 수 있습니다. 비용과 정확성의 적절한 균형이 오늘날 판매되는 대부분의 프로세스 트랜스미터에서 찾을 수 있는 이유입니다.

4선전류-전달선과 전압-감지선을 분리하여 리드 저항 오류를 거의 완전히 제거합니다. 이는 교정 참조 표준이나 실제로 1도의 분수가 중요한 모든 곳에서 원하는 것입니다. - 그러나 많은 일반 모니터링 지점에서는 과잉이고 추가 비용이 듭니다.

제가 가장 자주 보는 실수는 잘못된 배선 유형을 따로 선택하는 것이 아니라 - 2선 입력용으로 구성된 송신기에 3선 센서를 주문하거나 그 반대의 경우입니다. 센서와 계측기는 동의해야 하며, 조달 담당자와 계측 담당자가 서로 다른 두 사람이 두 개의 서로 다른 문서를 작업하는 경우 이러한 세부 사항을 놓치기 쉽습니다.

와이어-권선과 얇은-필름 요소 비교

와이어-상선세라믹 또는 유리 코어 주위에 감겨진 요소 - 백금 와이어 -는 긴 서비스 수명과 넓은 온도 변화에 걸쳐 매우 잘 교정을 유지하는 경향이 있습니다. 그것들은 더 비싸고 기계적으로 좀 더 취약합니다.

박막-필름요소는 세라믹 기판에 백금을 증착하여 만들어지며, 이는 마이크로칩을 만드는 방법과 유사합니다. 더 작고 대량 생산이 저렴하며 진동에 더 잘 견디기 때문에 - 일반 산업 및 OEM 용도로 주로 사용됩니다. 단점은 프리미엄 권선형 버전에 비해 정격 온도 범위가 더 좁다는 점입니다. 하지만 대부분의 프로세스 작업에서는 실제로 한계점에 도달하지 않습니다.

응용 분야가 온건하다면 - HVAC 덕트를 생각해 보세요. 일반 탱크 모니터링 - 박막-이 거의 항상 경제적이고 합리적인 선택입니다. 추가적인 안정성으로 비용을 회수할 수 있는 고온-또는 긴-수명-수명 애플리케이션을 위해 권선-을 줄입니다.

PT100 대 열전대 대 PT1000

신규 구매자온도 계측종종 이 세 가지 중 실제로 무엇을 지정해야 하는지 묻습니다.

반대열전대, PT100은 중저-~-범위(대략 -200도~850도)에서 정확성과 -장기 안정성이 뛰어나며 냉접점 보상이 필요하지 않습니다. 열전대는 백금이 처리할 수 있는 것보다 온도가 높은 곳이나 더 빠른 응답이 필요하고 낮은 정밀도로 작동할 수 있는 곳에서 승리합니다.

반대PT1000작동 원리는 동일합니다. - 동일한 플래티넘, 동일한 물리학 - 100도 대신 0도에서 1,000Ω에 불과합니다. 기본 저항이 높을수록 리드-와이어 오류가 비례적으로 작아지므로 PT1000은 PT100이 받는 정확도 저하 없이 2-와이어 배선을 사용하여 문제를 해결할 수 있는 경우가 많습니다. 따라서 PT1000은 케이블 길이가 길지만 실험실 수준의 정밀도를 추구하지 않는 건물 자동화 분야에서 일반적인 선택이 됩니다.

실제 사례: "충분히 근접"하지 않았을 때

저온살균 라인을 운영하는 식품{0}}가공 작업에서는 몇 주 동안 일관되지 않은 배치 온도 판독값이 발생했습니다. - 드라마틱한 것은 아니고 간헐적으로 나타나며 프로세스 자체에서 명백한 어떤 것과도 상관관계가 없는 몇 도의 드리프트에 불과했습니다. 유지 관리는 이미 센서를 한 번 교체했으며 문제가 해결되었다고 가정하고 계속 진행했습니다. 한 달 뒤에 다시 찾아왔습니다.

실제 원인은 센서가 아닌 배선으로 밝혀졌습니다. 원래의 3{2}}와이어 PT100은 리드 와이어 게이지가 원래 실행과 약간 다른 다른 공급업체의 장치로 교체되었으며, 이로 인해 송신기가 계산하고 있던 리드 저항 보상이 중단되었습니다.- 서류상으로는 두 센서 모두 사양을 충족했습니다. 실제로 불일치는 화장품 매개변수가 아닌 식품 안전 매개변수인 저온살균 유지 시간 -에 중요한 허용 오차 범위를 벗어나는 판독값을 초래할 만큼 충분히 컸습니다.

수정은 더 나은 센서가 아니 었습니다. 해당 라인의 모든 교체 재고에 걸쳐 리드 와이어 게이지와 길이를 표준화하고 새 센서가 서비스를 시작하기 전에 수신 검사 단계로 주변 온도에서 빠른 저항 검사를 추가했습니다.- 수업 내용은 다음과 같이 일반화됩니다. PT100은 주변의 전체 측정 체인만큼만 정확하며 "동일한 부품 번호"가 항상 "동일한 실제 와이어"를 의미하는 것은 아닙니다.

주문 전 실제로 확인해야 할 사항

대부분의 구매자의 경우 결정은 대략 다음과 같은 중요도 순서대로 다섯 가지 질문으로 귀결됩니다.

프로세스 온도 범위는 무엇이며 허용 오차는 얼마나 엄격해야 합니까?이는 정확도 등급을 결정합니다. - 클래스 B(0도에서 ±0.30도)는 대부분의 일반적인 모니터링을 포함합니다. 클래스 A 또는 1/3 DIN은 제어 루프 또는 규제 프로세스에 대한 프리미엄 가치가 있습니다.
트랜스미터 또는 PLC 카드에는 어떤 배선이 필요합니까?- 이후가 아니라 주문하기 전에 이를 확인하십시오. 이는 피할 수 있는 현장 문제의 가장 일반적인 원인입니다.
귀하의 공정 매체와 압력에 적합한 보호관 재료와 프로브 직경은 무엇입니까?부식성 또는 고압-압력이 있는 응용 분야에서는 일반적으로 보호와 센서를 종료하지 않고 교체할 수 있도록 보호관도 필요합니다.
머리에 장착하는-송신기가 필요합니까?센서에서 바로 4~20mA 신호로 변환하면 긴 케이블에서 잡음 내성이 향상되고 전기적으로 잡음이 많은 환경에서 추가 비용을 지불할 가치가 있습니다.
교정 및 교체 계획은 무엇입니까?수년간의 열 순환에 따라 센서가 표류합니다. 중요한 프로세스는 일반적으로 매년 점검됩니다. 위험이 낮은-모니터링 지점은 더 오래 지속될 수 있습니다.

알아야 할 설치 참고 사항

삽입 깊이는 대부분의 사람들이 기대하는 것보다 더 중요합니다. - 감지 팁이 파이프 벽을 뚫고 튀어나오거나 프로세스 대신 경계층을 측정하게 되는 것이 아니라 실제 흐름이나 매체에 도달해야 합니다. Thermowell은 압력, 부식 또는 핫{2}}스왑 교체 필요성이 있는 경우 추가 비용을 지불할 가치가 있습니다. 판독값이 잘못된 문제를 해결하는 경우 트랜스미터나 프로세스 자체에 문제가 있다고 가정하기 전에 알려진 기준 온도(얼음물은 저렴하고 신뢰할 수 있는 0도 기준임)에서 저항을 확인하십시오.

결론

PT100의 물리학은 간단하며 수십 년 동안 변하지 않았습니다. - 백금의 저항은 온도에 따라 예상대로 상승하며, 그 관계는 표준화되어 있어 여러 제조업체의 기기가 서로 일치합니다. 구매자가 실제로 잘못된 부분은 센서 선택 자체가 아닙니다. 그것은 주변의 세부 사항입니다. - 배선 구성, 리드 와이어 일관성, 실제 공정 조건에 대한 피복 재료입니다. 사양 단계에서 바로잡으면 센서 부분이 쉬운 부분입니다.

특정 라인 또는 장비 부품용 PT100 센서를 소싱하는 경우 공급업체에 부품 번호 - 대신 온도 범위, 필요한 정확도 등급, 배선 유형 및 설치 환경 -을 미리 보내는 것이 일반적으로 누군가가 실제 문제를 발견하기 전에 두 번 교체되는 센서와 작동하는 센서를 구분하는 요소입니다.