Pt100 Nedir? Çalışma Prensibi, Bağlantısı ve Pt1000 Farkı

Pt100 nedir?

Pt100, platin bir ölçüm elemanının elektrik direncinden sıcaklığı bulan ve bu elemanın 0 °C’deki direnci 100 Ω olan bir sıcaklık sensörüdür. Adı da bunu anlatır: Pt platinin kimyasal simgesi, 100 ise 0 °C’deki ohm değeridir. Ansiklopedi maddesine göre endüstride açık ara en yaygın tip budur.

Pt100 bir RTD’dir. RTD, İngilizce resistance temperature detector adının kısaltmasıdır ve Türkçede direnç termometresi diye geçer. Bu sınıfta eleman platin, nikel ya da bakır gibi bir metaldir. Aramalarda “Pt100 sıcaklık sensörü” ve “Pt100 termometre” ifadeleri de geçer. Direnç termometresinin diğer termometre türleri arasındaki yeri termometre çeşitleri rehberindedir.

Platin kararlılığı nedeniyle seçilir: ansiklopediye göre bu soy metalin direnç-sıcaklık ilişkisi en geniş sıcaklık aralığında en kararlı olanıdır.

Sıcaklık sensörlerinin akış, basınç, seviye ve analiz sensörleriyle birlikte nasıl gruplandığı endüstriyel sensör çeşitleri rehberinde anlatılır.

Pt100 nasıl çalışır?

Pt100, platinin direncinin sıcaklık yükseldikçe artmasından yararlanır: ölçüm cihazı elemanın direncini ölçer ve standart direnç-sıcaklık eğrisinden sıcaklığa çevirir. Açık lisanslı bir endüstriyel enstrümantasyon ders kitabına göre saf metal telden yapılan RTD’lerin direnci sıcaklıkla her zaman artar; termistörlere göre görece duyarsızdırlar ama davranışları çok doğrusaldır.

Artışın büyüklüğünü sıcaklık katsayısı (α) verir: 0 ile 100 °C arasındaki direnç değişiminin 0 °C’deki dirence ve 100 dereceye oranı. Bir sıcaklık sensörü firmasına göre IEC 60751, Pt100 elemanından 0 °C’de 100,00 Ω ve bu aralıkta 0,00385 katsayısını ister; ansiklopedi maddesi aynı değeri ASTM E1137 için de verir. Buna göre Pt100’ün direnci 100 °C’de yaklaşık 138,5 Ω olur, yani derece başına ortalama 0,385 Ω artar. IEC 60751:2008 katsayılarıyla hesaplanan birkaç değer:

• -50 °C: yaklaşık 80,3 Ω
• 0 °C: 100 Ω
• 25 °C: yaklaşık 109,7 Ω
• 100 °C: yaklaşık 138,5 Ω

İlişki tam doğrusal değildir; ders kitabına göre doğrusal formül yalnız bir yaklaşıklıktır ve eğriyi Callendar-Van Dusen denklemi daha iyi verir. Denklem, katsayıları ve her sıcaklıktaki direnç değeri Pt100 direnç tablosu ve hesaplayıcı sayfasındadır.

Ders kitabı endüstriyel platin tel için iki katsayı anar: en yaygın olan 0,00385 (“Avrupa” değeri) ve 0,00392 (“Amerikan” değeri). Katsayının tanımı gereği 0,00392’lik bir sensör 100 °C’de 139,2 Ω, 0,00385’lik bir sensör 138,5 Ω gösterir; bu yüzden eski bir sensör değiştirilirken hangi katsayıya göre yapıldığına bakılmalıdır.

Pt100 nasıl ölçülür?

Pt100 kendiliğinden sinyal üretmez; ansiklopediye göre direnç termometresi çalışmak için bir güç kaynağına ihtiyaç duyar. Ölçüm elektroniği, örneğin bir sıcaklık transmitteri, elemandan sabit bir akım geçirir, üzerindeki gerilim düşümünü ölçer ve direnci Ohm yasasıyla (R = U / I) hesaplar. Ansiklopedideki devre örneklerinde Pt100’den geçen akım 1 mA’dir.

Ders kitabına göre ölçüm akımının seçimi bir uzlaşmadır: akım küçüldükçe ölçülecek gerilim azalır ve sinyal gürültüye karşı zayıflar; akım arttıkça eleman kendi ölçüm akımıyla ısınır ve okuma gerçek sıcaklığın üstüne çıkar (öz ısınma).

Pt100 sensörün yapısı nasıldır?

Bir Pt100 sıcaklık sensöründe genellikle üç parça bulunur: platin ölçüm elemanı, elemanı ve iç bağlantı tellerinin çoğunu saran metal kılıf ve sensörü cihaza bağlayan yalıtımlı teller. Ölçüm elemanını kaynaklar farklı sınıflandırır: bir ölçüm cihazı üreticisi iki tip (tel sargılı ve ince film), ansiklopedi maddesi üç ana tip sayar:

• İnce film: Seramik bir tabana çok ince bir platin tabaka kaplanır, üstü cam ya da epoksiyle korunur. Üreticiye göre küçüktür ve titreşime iyi dayanır; ansiklopediye göre ise tel sargılı ve sarmal elemanlar kadar kararlı değildir ve taban ile platin tabakanın farklı genleşmesi kullanım aralığını daraltır.
• Tel sargılı: İnce platin tel yalıtkan bir çekirdeğe sarılır. Ansiklopediye göre özellikle geniş sıcaklık aralıklarında daha doğru olabilir. Üreticiye göre seramik gövdeye sarmal halinde yerleştirilen tel yüksek titreşimde kırılmaya yatkındır.
• Sarmal (coil) eleman: Platin tel, seramik bir gövdenin deliklerinde serbestçe genleşebilen küçük bir sarmal halindedir. Ansiklopediye göre endüstride tel sargılı elemanların yerini büyük ölçüde almıştır.

Kılıf ve tel yalıtımı sıcaklığa göre seçilir. Ansiklopediye göre endüstriyel sensörlerde metal kılıf çoğunlukla paslanmaz çeliktir, daha yüksek sıcaklıklar başka alaşımlar gerektirebilir. Tellerin yalıtımında yaklaşık 250 °C bir eşiktir: altında PVC, silikon kauçuk ya da PTFE, üstünde cam elyafı ya da seramik kullanılır. Darbe ve titreşime dayanımı artırmak için kılıf, iletkenleri birbirinden ve kılıftan ayıran sıkıştırılmış magnezyum oksit (MgO) tozuyla doldurulabilir. Eleman kırılgan olduğundan sensör çoğu zaman bir termowell (koruyucu kılıf) içine yerleştirilir.

Pt100 kaç dereceye kadar ölçer?

Pt100’ün kullanılabileceği sıcaklık aralığı tek bir sayı değildir; eleman tipine, sensörün yapısına ve istenen tolerans sınıfına göre değişir. Bir sıcaklık sensörü firmasına göre endüstriyel uygulamaların çoğunda Pt100 600 °C ile, daha sık olarak 250 °C ile sınırlıdır. Eleman tipine göre kaynakların verdiği değerler:

Kaynak	İnce film	Tel sargılı	Sarmal
Bir ölçüm cihazı üreticisi	-50 ile +500 °C (daha geniş aralıklı özel tipler de var)	seramik gövdeli: -196 ile +600 °C	ayrı tip olarak sayılmaz
Ansiklopedi maddesi	ek koruma olmadan 300 °C’ye, cam ya da seramikle kapsüllenince 600 °C’ye kadar	660 °C’ye kadar	850 °C’ye kadar

Kaynaklar tipleri farklı adlandırdığı için değerler birebir karşılaştırılamaz. Ansiklopedi ayrıca endüstriyel RTD’lerin 660 °C’nin üzerinde nadiren kullanıldığını yazar: bu sıcaklıklarda platinin metal kılıftan gelen safsızlıklarla kirlenmesini önlemek zorlaşır.

Aralık doğruluk sınıfıyla da daralır. Ansiklopedideki tabloya göre ince film elemanlarda F 0.3 sınıfı -50 ile +500 °C, F 0.15 sınıfı -30 ile +300 °C, F 0.1 sınıfı 0 ile +150 °C arasında geçerlidir. AA, A, B ve C sınıflarının tel sargılı ve ince film için ayrı geçerlilik aralıkları (ince filmde C sınıfı için 600 °C’ye kadar) Pt100 direnç tablosu sayfasındadır. Kesin aralık sensörün kendi teknik verisinden okunmalıdır.

Pt100 ile Pt1000 arasındaki fark nedir?

İkisi arasındaki fark 0 °C’deki dirençtir: Pt100 100 Ω, Pt1000 1000 Ω gösterir. Ansiklopedideki denklemde her sıcaklıktaki direnç 0 °C’deki direncin katı olarak hesaplandığından, aynı platin eğrisini izleyen Pt1000’in direnci her sıcaklıkta Pt100’ünkinin on katıdır; bir ölçüm cihazı üreticisi de iki tipin sıcaklık katsayısının aynı olduğunu belirtir.

	Pt100	Pt1000
0 °C’deki direnç	100 Ω	1000 Ω
100 °C’deki direnç	yaklaşık 138,5 Ω	yaklaşık 1385 Ω
0-100 °C ortalama değişim	0,385 Ω/°C	3,85 Ω/°C
1 Ω kablo direncinin yarattığı yaklaşık hata	2,6 °C	0,26 °C
Eleman yapısı	ince film ya da tel sargılı	neredeyse yalnız ince film

Pratikte farkı kablo direnci belirler. Bir platin sensör üreticisine göre kablo uzunluğunun ölçüm hatasına etkisi Pt1000’de on kat küçüktür ve Pt1000 2 telli bağlantıda da iyi doğruluk verir; 3 ya da 4 telli bağlantıda ise iki tip arasında büyük fark yoktur. Ölçüm cihazı üreticisinin yol gösterici değerine göre 0,22 mm² kesitli bakır kabloyla 2 telli bağlantıda hata Pt100 için metre başına yaklaşık 0,42 °C, Pt1000 için 0,04 °C’dir.

Kaynaklara göre 2 telli ve uzun kablolu bağlantılarda ve pille çalışan cihazlarda Pt1000 öne çıkar; daha az akım çektiği için öz ısınması da azdır. Pt100 ise daha yaygın kullanıldığı için daha çok cihazla uyumludur. Transmitter ya da göstergenin girişi bağlanan tipe göre ayarlanmalıdır: Pt100 eğrisi 850 °C’de bile yaklaşık 390 Ω’a çıktığından, Pt100’e ayarlı bir giriş Pt1000’in 0 °C’deki 1000 Ω’unu ölçüm aralığı dışında görür.

Pt100 bağlantı şeması nasıl olmalı?

Pt100 ölçüm cihazına 2, 3 ya da 4 telle bağlanır; tel sayısı arttıkça bağlantı kablosunun direnci ölçümden daha iyi ayıklanır. Ansiklopediye göre 3 telli bağlantı çoğu iş için yeterlidir ve endüstride neredeyse evrensel uygulamadır; 4 telli bağlantı en hassas ölçümlerde kullanılır. Doğruluk farkının özeti Pt100 direnç tablosu sayfasındadır; sahadaki kurulum şöyledir:

• 2 telli bağlantı: Elemanın iki ucu birer telle cihaza gider ve kablonun direnci sensörün direncine eklenir; ders kitabına göre bu ek direnç, olduğundan yüksek bir sıcaklık olarak okunur. Bir platin sensör üreticisine göre bu bağlantı yüksek doğruluk gerekmeyen, sensör kablosunun çok kısa olduğu ya da hatanın testle belirlenip ölçüm cihazında ofset olarak düzeltildiği uygulamalarda kullanılır.
• 3 telli bağlantı: Elemanın bir ucuna üçüncü bir tel eklenir; cihaz bu tel üzerinden kablo direncini ayrıca ölçüp sonuçtan çıkarır. Bir sıcaklık sensörü firmasına göre bu yöntem kablo direncinin bir kolunu dengeler ve bağlantı kafasına takılan transmitterlerde standart düzendir. Hesap, akım taşıyan iki telin direncinin eşit olduğu varsayımına dayanır; bu yüzden üç tel aynı kesitte ve uzunlukta olmalıdır. Ders kitabına göre bu eşitliğe klemens gibi ara bağlantıların direnci de dahildir.
• 4 telli bağlantı: Teller iki çifte ayrılır: biri elemandan ölçüm akımını geçirir, öteki yalnız eleman üzerindeki gerilimi okur. Gerilimi okuyan çiftten pratikte akım geçmediği için bu tellerin direnci, birbirinden farklı olsa bile sonuca girmez. Kablo direncini tamamen dengeleyen ve en yüksek doğruluğu veren bağlantı budur; bedeli, sensör başına dört tel çekilmesidir.

Pt100 bağlantısında sık yapılan hatalar nelerdir?

Ders kitabı bu tür bağlantı yanlışlarının sahada çalışanlar arasında da yaygın olduğunu not eder. İki örnek:

• 4 damarlı kabloda paralel damar: 3 telli sensör dört damarlı kabloyla bağlanırken iki damar paralel bağlanırsa akım yollarının dirençleri eşit olmaz ve ölçüm hatası doğar. Ya transmitter 4 telli girişe ayarlanıp dört damar da kullanılır ya da 3 telli ayarda fazladan damar boş bırakılır.
• Köprü transmitterde atılırsa: Okuma olduğundan yüksek çıkar. 3 ve 4 telli şemalarda tellerin birleştiği nokta sensörün üzerindedir; ölçüm teli sensöre kadar uzanmayıp transmitter klemensinde akım teline köprülenirse cihaz kablonun direncini de ölçer ve bağlantı fiilen 2 telliye döner.

Pt100 kablo renkleri nelerdir?

Bir sıcaklık sensörü firmasına göre IEC 60751’deki kodlama kırmızı ve beyaz damarlara dayanır; ders kitabındaki 4 telli örnekte de beyaz ve kırmızı, sensörde ortak çift oluşturan telleri ayırır. Bir platin sensör üreticisi ise 4 telli Pt100’de akım taşıyan çifti beyaz/kırmızı, gerilim okuyan çifti mavi/siyah olarak verir ve sahada en sık beyaz ve kırmızı tellerle karşılaşıldığını ekler. Ders kitabına göre RTD kutupsuz bir dirençtir; hangi rengin artı sayıldığı önemli değildir. Bir ölçüm tekniği firmasına göre 3 telli devrede aynı renkli ya da sensörün aynı tarafına bağlı iki telin kablo dirençleri makul ve birbirine yakın olmalıdır. Bağlantıdan önce sensörün kendi bağlantı şemasına bakılmalıdır.

Pt100 sinyali kontrol sistemine nasıl aktarılır?

Pt100’ün ölçtüğü sıcaklık uzaktaki bir PLC’ye ya da kontrol sistemine bir sıcaklık transmitteriyle aktarılır: transmitter Pt100’ün direncini ölçüp sıcaklığa karşılık gelen standart bir çıkış üretir; bu çıkış analog (örneğin 4-20 mA) ya da dijital olabilir. Bu nedenle 4-20 mA çıkış Pt100’ün kendisinden değil, ona bağlanan transmitterden gelir.

• Ölçüm aralığı: Analog çıkışta transmitterde tanımlanan sıcaklık aralığı akım aralığına karşılık gelir. Ölçüm cihazı üreticisinin örneğinde 0-500 °C’ye ayarlı bir 4-20 mA transmitter, 250 °C’de 12 mA verir. Akımın sıcaklığa nasıl çevrildiği 4-20 mA sinyal nedir rehberinde anlatılır.
• Çıkış seçenekleri: Aynı üreticiye göre 4-20 mA proses kontrolünde baskın çıkış sinyalidir; HART ise analog akımın üzerine dijital haberleşme ekler. Transmitter çeşitleri ve dijital çıkışlar transmitter nedir rehberindedir.
• Giriş ayarı: Ders kitabındaki örnekte transmitter 2, 3 ya da 4 telli RTD’nin yanında termokupl girişini de kabul eder; sensör bağlandıktan sonra RTD tipine ve tel sayısına göre elektronik olarak ayarlanır. Örnekte bu ayar HART haberleşmeli bir el terminaliyle yapılır.
• Transmitterin yeri: Bir sıcaklık sensörü firmasına göre sensöre takılan bağlantı kafası bir 4-20 mA transmitter de içerebilir.

Ders kitabı kablo direncinin etkisini karşılaştırarak gösterir: aynı 2 Ω’luk kablo direnci RTD devresinde toplam direncin %1,96’sı, çok yüksek dirençli bir termistör devresinde ise yalnız %0,004’üdür. Transmitter sensörün bağlantı kafasında olduğunda direnç kısa bir kablo üzerinden ölçülür; uzun mesafeyi akım sinyali taşır.

Pt100 sağlamlık kontrolü nasıl yapılır?

Bir ölçüm tekniği firmasına göre ilk adım, sensörü değerlendirme cihazından elektriksel olarak ayırıp Pt100 direncinin makul olup olmadığına bakmaktır: ohm ölçerle okunan değer, sensörün bulunduğu sıcaklıkta beklenen dirençle karşılaştırılır. Ölçüm adımları ve beklenen değerler Pt100 direnç tablosu sayfasındadır; örneğin 25 °C’deki bir Pt100 yaklaşık 109,7 Ω artı kablo direnci göstermelidir.

Makul bir direnç okunması sensörün sağlam olduğunu her zaman kanıtlamaz:

• Yalıtım hatası: Ölçüm devresi ile metal kılıf arasındaki yalıtım zayıfladığında elemana paralel ek bir akım yolu oluşur; bir kalibrasyon cihazı üreticisi bu yolun eleman direncine paralel bir direnç gibi davrandığını yazar. Ölçüm tekniği firmasına göre sonuç özellikle olduğundan düşük bir okuma olabilir ve değer nemli koşullarda değişebilir. Aynı firmanın saydığı nedenler arasında bağlantı kafasına giren nem, kirli klemensler, hasarlı kablo ve eskiyen yalıtım malzemesi vardır.
• Titreşim hasarı: Ölçüm cihazı üreticisine göre titreşim tel sargılı elemanın çok ince platin telini kırabilir; hasarlı sensör önce gürültülü ve düzensiz okur, sonunda devre açılır. İnce film elemanlar titreşime çok daha dayanıklıdır.

Yalıtımdan şüphelenildiğinde ölçüm devresi ile metal kılıf arasındaki direnç ayrıca ölçülür. Bu ölçüm normal direnç ölçümünden çok daha yüksek bir test gerilimi kullandığı için sıradan bir multimetrenin direnç kademesi çoğu zaman yetmez ve bağlı transmitter önceden ayrılır. Ölçüm tekniği firması testi enerjisi kesilmiş sensör devresinde, cihaz ya da üretici talimatına göre yapmayı, kalibrasyon cihazı üreticisi de ölçü aletinin güvenlik talimatlarına uymayı öğütler.

Pt100 ile termokupl arasındaki fark nedir?

Pt100 ile termokupl farklı ilkeyle ölçer: Pt100’ün direnci sıcaklıkla değişir ve okunması için dışarıdan bir güç kaynağı gerekir, termokupl ise iki farklı metal telden yapılır ve Seebeck etkisiyle kendisi bir gerilim üretir. Seçimde kaynakların öne çıkardığı noktalar:

• Doğruluk ve kararlılık: Bir sıcaklık sensörü firmasına göre yüksek doğruluk öncelikliyse çoğu durumda Pt100 daha uygundur; termokupllar oksitlenme gibi kimyasal değişimlerle zamanla kayma eğilimindedir. Ansiklopediye göre yaklaşık 2 °C tolerans kabul edilebiliyor ve en yüksek tekrarlanabilirlik gerekmiyorsa termokupl yeterli olur.
• Sıcaklık: Ansiklopedi maddesi -200 ile 500 °C arasındaki proses sıcaklıkları için endüstriyel RTD’yi tercih edilen seçenek sayar ve termokuplların -180 ile 2320 °C arasında ölçebildiğini yazar.
• Tepki: Sensör firmasına göre termokupllar, özellikle topraklı ya da açık uçlu olanlar, sıcaklık değişimine çok hızlı tepki verir.

Termokupl tipleri, soğuk nokta kompanzasyonu ve kablo renkleri termokupl nedir rehberinde anlatılır.

Befa Proses ve Pt100

Sıcaklık grubumuzda BTT Sıcaklık Transmitteri ve termowell (koruyucu kılıf) var. Sıcaklık transmitteriyle birlikte Pt100 ya da termokupl sensör de veriyoruz; BTT Sıcaklık Transmitteri Pt100 ve termokupl girişlerini kabul eder. Servis, bakım ve yedek parça desteğimiz yalnız sattığımız cihazlar içindir. Teklif ya da ölçüm noktanızla ilgili sorularınız için iletişim sayfasından bize ulaşabilirsiniz.