Rezystancyjne czujniki temperatury

Wykorzystywanie elektronicznych czujników do pomiaru temperatury umożliwia jej precyzyjne określenie, co okazuje się bardzo przydatne w licznych zastosowaniach. Szczególną odmianą elementów pomiarowych są rezystancyjne czujniki temperatury.

Jak działają rezystancyjne czujniki temperatury?

Rezystancyjne czujniki temperatury mają wbudowany rezystor, którego oporność zmienia się w zależności od zmiany temperatury. Sposób następowania tych zmian jest wyrażony w charakterystyce termoelektrycznej konkretnego elementu. Oprócz metalowych istnieją też czujniki półprzewodnikowe.

Metale stosowane do budowy rezystorów termometrycznych powinny charakteryzować się pewnymi określonymi właściwościami. Dobrze, aby miały duży współczynnik cieplny zmian rezystancji oraz dużą rezystywność przy niewielkich wymiarach. Zastosowanie znajdują tu metale o w miarę wysokiej temperaturze topnienia, odporności na korozję i niezmienności własności fizycznych spowodowanych ogrzewaniem. Rezystancja powinna być zależna od temperatury w sposób ciągły bez zjawiska histerezy, czyli opóźnienia w reakcji na zewnętrzny czynnik.

Do metali, które w tym zastosowaniu sprawdzają się najlepiej, należą platyna, nikiel i miedź. Rzadziej wykorzystuje się żelazo. Wśród termorezystorów platynowych powszechnie używa się Pt100 i Pt1000. Należą one do klasy PTC (ang. Positive Temperature Coefficient – dodatni współczynnik temperaturowy), a liczba oznacza wartość znamionową rezystancji w omach dla 0°C. Pt100 stosowane są (w zależności od modelu) w zakresie pracy od ok. -100 do 500°C.

Rodzaje rezystancyjnych czujników temperatury

Obecnie nastąpiła znaczna miniaturyzacja rezystorów termometrycznych, w których zamiast typowego uzwojenia z drutu stosuje się technikę warstw napylonych. Dodatkowo osłona może też zawierać odizolowane wewnętrzne przewody łączeniowe, zaciski zewnętrzne do przyłączenia przyrządów pomiarowych, elementy montażowe i głowice przyłączeniowe. Do najpopularniejszych czujników należą układy 2-, 3- i 4-przewodowe.

Układ 2-przewodowy łączy czujnik z elektroniką przetwarzającą przy pomocy 2-przewodowego kabla. Kabel ma rezystancję elektryczną połączoną szeregowo z czujnikiem temperatury. Sprawia to, że liczone są obydwie rezystancje, a wskazywana temperatura jest wyższa, wobec czego wykorzystuje się kompensację elektryczną rezystancji.

W przypadku układu 3-przewodowego rezystancję poszczególnych doprowadzeń redukuje się do minimum. Nadmiarowa końcówka prowadzi do czujnika rezystancyjnego. Możliwa jest kompensacja wartości oraz zależności temperaturowej rezystancji doprowadzeń, przy czym przewody powinny pozostawać w tej samej temperaturze. Obecnie jest to najczęściej stosowany rodzaj czujników.

Bardzo dobrze w zastosowaniach sprawdza się układ 4-przewodowy, w którym wynik pomiaru nie jest uzależniony od rezystancji doprowadzeń czy ich zmian temperaturowych. Nie jest też wymagana ich kompensacja.

Zastosowania rezystancyjnych czujników temperatury

Rezystancyjne czujniki temperatury znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle do mierzenia temperatur w zakresie od niskich do średnich. Charakteryzują się dużą dokładnością i niezawodnością pomiaru. Stosuje się je do mierzenia cieczy i gazów, elementów maszyn czy instalacji przemysłowych. Dobrze sprawdzają się jako sygnalizatory przekroczenia określonej temperatury czy zabezpieczenie przed nadmiernym natężeniem przepływającego prądu.