Pt100 vs. termoelementti – kumpi lämpötila-anturi kannattaa valita?

Pt100:n ja termoelementin välinen valinta on yksi yleisimmistä kysymyksistä teollisten lämpötilamittausjärjestelmien suunnittelussa ja ylläpidossa. Molempia tekniikoita käytetään laajalti prosessiteollisuudessa, mutta ne perustuvat erilaisiin mittausperiaatteisiin ja niillä on erilaiset ominaisuudet. Oikea valinta edellyttää, että anturityyppi sovitetaan lämpötila-alueeseen, tarkkuusvaatimuksiin ja odotettuun käyttöaikaan.

Tässä artikkelissa selitetään Pt100:n ja termoelementtien väliset erot keskittyen mittauslaatuun, lämpötila-alueeseen ja vakauteen, ja kuvataan, mihin tilanteisiin mikäkin anturityyppi sopii.

Erot tarkkuudessa, lämpötila-alueilla ja stabiilisuudessa

Pt100 on vastusanturi, jossa lämpötila määritetään muuttamalla platinaelementin vastusta. Vastuksen ja lämpötilan välinen suhde on standardoitu ja hyvin määritelty, mikä tarjoaa hyvän toistettavuuden ja pienen hajonnan eri antureiden välillä. Tämä tekee Pt100:sta sopivan sovelluksiin, joissa mitattuja arvoja käytetään säätöön, dokumentointiin tai vertailuun ajan kuluessa.

Termoelementit perustuvat termoelektriseen jännitteeseen, joka syntyy, kun kaksi eri metallia liitetään yhteen. Jännite on alhainen ja siihen vaikuttavat sekä lämpötilagradientit että vertailulämpötila. Tarkkuus on yleensä alhaisempi kuin Pt100:lla ja voi muuttua ajan myötä materiaalin vaikutuksesta mittauspisteessä.

Lämpötila-alueen suhteen termoelementeillä on laajempi sovellusalue. Pt100:aa käytetään yleensä noin 600 °C:seen asti, kun taas termoelementtejä löytyy sovelluksista, joissa on huomattavasti korkeammat lämpötilat. Pt100:n stabiilius ajan kuluessa on kuitenkin yleensä parempi, koska sen ikääntymisprosessi on hidas ja ennustettava.

Milloin Pt100 on sopiva valinta

Pt100:aa käytetään yleensä sovelluksissa, joissa lämpötilat ovat matalan tai keskilämpötilan alueella ja joissa mittaustarkkuuden vaatimukset ovat selkeät. Vakaa ja lineaarinen luonne tekee Pt100:sta hyödyllisen prosesseissa, joissa lämpötila-arvolla on suora vaikutus säätöön tai laatuun. Jatkuvasti toimivissa laitoksissa, joissa vaaditaan vertailukelpoisia mittausarvoja pidemmän ajanjakson aikana, Pt100 tarjoaa usein paremmat olosuhteet hallitulle ja toistettavalle lämpötilan mittaukselle. Pt100-antureiden ja signaalimuuntimien yhdistelmä mahdollistaa myös kaapeliresistanssin kompensoinnin ja vakaan signaalin siirron ohjausjärjestelmään.

Milloin termoelementit ovat sopiva valinta

Termoelementtejä käytetään pääasiassa sovelluksissa, joissa lämpötilat ylittävät Pt100:n toiminta-alueen tai joissa prosessiolosuhteet sisältävät voimakasta lämpö- tai mekaanista rasitusta. Korkeissa lämpötiloissa termoelementit ovat usein ainoa käytännöllinen ratkaisu.

Termoelementtejä käytetään myös silloin, kun nopeita lämpötilan muutoksia on valvottava, koska niiden rakenne tarjoaa monissa tapauksissa lyhyen vasteajan. Termoelementin tyyppi valitaan lämpötilan, ilmakehän ja ympäristön mukaan, ja se edellyttää oikeaa kompensointia mittausketjussa luotettavien arvojen tarjoamiseksi.

Yleisiä virheitä lämpötila-anturia valittaessa

Yleinen virhe on valita termoelementti sovelluksissa, joissa lämpötila-alue on selvästi Pt100:n käyttöalueen sisällä. Tämä johtaa usein alhaisempaan mittaustarkkuuteen ilman, että hyödynnetään korkeampaa lämpötilankestävyyttä.

Toinen yleinen ongelma on, että anturityyppi valitaan ottamatta huomioon koko mittausjärjestelmää. Asennus, asennussyvyys, suojatasku ja signaalin muuntaminen vaikuttavat mittaustulokseen vähintään yhtä paljon kuin valinta Pt100:n ja termoelementin välillä. Signaalimuuntimen riittämätön sovitus tai väärä kytkentä voi siksi johtaa suurempiin mittauspoikkeamiin kuin itse anturitekniikka.

Yhteenveto

Pt100 ja termoelementit on kehitetty erityyppisiin lämpötilan mittauksiin, ja ne tulisi valita prosessin todellisten vaatimusten perusteella. Pt100 sopii kohteisiin, joissa tarkkuus ja vakaus ovat etusijalla rajoitetuilla lämpötila-alueilla. Termoelementtejä käytetään korkeissa lämpötiloissa tai joissa prosessiympäristö asettaa anturin suunnittelulle erityisvaatimuksia.

Oikea valinta perustuu sekä mittausperiaatteen että käyttöolosuhteiden ymmärtämiseen sekä siihen, miten lämpötila-anturi toimii vuorovaikutuksessa asennuksen ja signaalinkäsittelyn kanssa koko mittausjärjestelmässä.

Lämpötilamittausneuvoja

Lämpötila-anturin valintaan vaikuttavat useat tekijät, kuten lämpötila-alue, prosessiolosuhteet, asennus ja mittauslaatuvaatimukset. INOR tarjoaa teknistä neuvontaa teolliseen lämpötilamittaukseen ja voi auttaa anturityypin valinnassa, signaalin muuntamisessa ja sovittamisessa olemassa oleviin mittausjärjestelmiin.