c.d Pomiar temperatury

Ograniczenia

W zastosowaniach przemysłowych czujniki platynowe są rzadko używane powyżej 660 °C. Wynika to z faktu, że powyżej 450 °C bardzo trudno jest zabezpieczyć platynę przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez obudowę. Również cykliczne poddawanie czujnika dużym zmianom temperaturowym powoduje pojawienie się naprężeń i zmianę parametrów. Im większy jest zakres temperatur tym większa jest podatność na pojawienie się dryftu.

Z tego powodu, sprawdzanie i kalibracja czujników platynowych powinna być ograniczona do zakresów temperatury przewidzianych trybem ich bezpośredniego użycia, a niekoniecznie pełnym nominalnym zakresem temperatur.

Źródła błędów przy pomiarze temperatury z platynowych czujników rezystancyjnych

Błąd wynikający z zanurzenia

Przy kalibracji przemysłowych czujników platynowych najczęstszym źródłem błędu jest odprowadzanie ciepła przez obudowę czujnika.

Jeśli czujnik jest zanurzony w gorącym środowisku, następuje ucieczka ciepła wzdłuż obudowy do otoczenia. Odwrotnie, jeśli czujnik jest zanurzony w temperaturze niższej niż temperatura środowiskowa, następuje przepływ ciepła od środowiska poprzez obudowę do kąpieli chłodzącej.

Błędy te można eliminować jedynie poprzez zapewnienie odpowiedniej głębokości zanurzenia czujnika przy kalibracji a jednocześnie zapewnienie odpowiedniej jednorodności i stabilności kąpieli w której kalibracja jest wykonywana.

Istnieją matematyczne modele pozwalające na wyliczenie błędu wynikającego z głębokości zanurzenia czujnika, jednakże ilość parametrów które należy uwzględnić nie pozwala na ich praktyczne zastosowanie.

Z praktycznego punktu widzenia, należy czujnik umieścić tak głęboko w kąpieli jak to jest możliwe i obserwować efekty pojawiające się przy jego stopniowym wyciąganiu.

W przypadku stosowania kalibratorów z blokiem metalowym, zazwyczaj stosuje się regułę mówiącą, że głębokość zanurzenia w bloku powinna być równa długości elementu termoczułego plus 15 razy średnica obudowy czujnika.

Rezystancja przewodów podłączeniowych

Elementy termoczułe platynowych czujników zakończone są dwoma wyprowadzeniami. Do ich końców mocuje się przewody tworząc ostatecznie czujniki, który ze względu na ilość przewodów podłączeniowych można podzielić na trzy grupy:

· czujniki dwu-przewodowe

· czujniki trzy-przewodowe

· czujniki cztero-przewodowe.

Jeśli tylko jest to możliwe, należy unikać czujników dwu-przewodowych. W tym wypadku przewody podłączeniowe stają się częścią elementu termoczułego i gdy są one długie powodują bardzo znaczący błąd.

Czujniki 3-przewodowe umożliwiają redukcję błędu powodowanego przez przewody. Podłącza się je w ten sposób, że rezystancja przewodów zostaje skompensowana. Należy jednak w tym wypadku pamiętać o błędach, które mogą powodować poszczególne przewody.

Czujniki 4-przewodowe i 4-przewodowe podłączenia prowadzą do pełnej redukcji błędów wynikających z okablowania, jednakże urządzenia wykorzystywane w przemyśle najczęściej nie są przystosowane do tego rodzaju pomiarów.

Czas reakcji czujnika

Błędy wynikające z czasu reakcji są spowodowane bezwładnością w odpowiedzi czujnika na zmiany temperatury. I w tym wypadku znane są modele matematyczne określające wielkość błędu, jednakże w praktyce dla czujników przemysłowych są one praktycznie bezużyteczne. W przypadku czujników dla których element termoczuły jest umieszczony blisko obudowy i dopasowany do otworu w bloku pieca kalibracyjnego lub zanurzony w kąpieli cieczowej zwykle czas pełnej reakcji wynosi kilka minut. Jedyną metodą w praktyce pozostaje obserwacja odczytów i i ich stabilności.

Pojemność cieplna

W przypadku kalibracji czujników w piecach lub termostatach cieczowych należy pamiętać o tym, że sam czujnik zanurzony w kąpieli powoduje zmiany temperatury tejże kąpieli. Regulator pieca (lub termostatu) kompensuje te zmiany jedynie do pewnego stopnia. Należy zwracać uwagę na to, by stosunek objętości badanego czujnika był odpowiednio mały względem objętości kąpieli.

Problem z pojemnością cieplną rozwiązywany jest poprzez wykonywanie kalibracji porównawczej, gdzie w kąpieli umieszcza się równolegle z czujnikiem wzorcowanym czujnik referencyjny o znanych parametrach, traktując kąpiel jako stabilne źródło temperatury. W tym wypadku porównuje się odczyt temperatury czujnika wzorcowanego do odczytu temperatury czujnika referencyjnego.

Samo-nagrzewanie

Pomiar rezystancji wymaga, aby przez rezystor popłynął określony prąd. Powoduje to pojawienie się dodatkowej mocy w czujniku (I²R). W praktyce, przy nowoczesnych urządzeniach odczytowych rzadko powoduje to znaczący błąd. Tradycyjnie jako prąd pomiarowy używany był prąd o wielkości 1 mA. We współczesnych urządzeniach używa się prądu o wartościach niższych, minimalizujących efekt samo-nagrzewania. Jednocześnie może to powodować inne błędy związane z efektem termoelektrycznym.

Błąd termoelektryczny

Małe napięcia prądu stałego mogą zostać wygenerowane w czujniku platynowym jeśli do połączeń będą używane różne metale. Na przykład połączenie przewodów miedzianych do przewodów platynowych może generować EMF rzędu 6 do 8 mV/°C. Wynikające stąd napięcie offsetowe może powodować błąd w urządzeniu pomiarowym.

W urządzeniach laboratoryjnych techniki pomiarowe pozwalają na eliminację tego błędu.

Podsumowanie

· Solidny wygląd czujników platynowych wynikający z ich metalowej obudowy nie powinien prowadzić do zapominania o tym, że są to czujniki bardzo delikatne.

· Należy upewnić się, że czujnik jest zanurzony odpowiednio głęboko, aby uniknąć błędów wynikających z odprowadzania ciepła przez obudowę.3 

Życzymy owocnej pracy z platynowymi czujnikami rezystancyjnymi 

Zespół alitech