Cảm biến nhiệt độ PT100 hoạt động như thế nào?

Đầu dò nhiệt độ điện trở Platinum (Bạch kim) 100, hoặc Pt100, là một phần quan trọng của nhiều hệ thống điều khiển quá trình. Độ chính xác, và lặp lại của phép đo nhiệt độ là một yêu cầu quan trọng của các hệ thống gia nhiệt và làm lạnh, phản ứng hóa học,…Bài viết dưới đây chúng tôi xin được chia sẻ một số kiến thức về nguyên lý hoạt động của PT100.

PT100 là gì?

Cảm biến nhiệt độ điện trở(RTD), là loại cảm biến thay đổi điện trở khi nhiệt độ của môi trường thay đổi.

Sự thay đổi điện trở là tỉ lệ thuận, tuyến tính với sự thay đổi nhiệt độ. Điều này nghĩa là, nhiệt độ tăng thì điện trở RTD cũng tăng. Do đó nếu chúng ta có thể đo được điện trở RTD, thì chúng ta có thể xác định được nhiệt độ.

RTD có thể được làm bằng nhiều loại kim loại khác nhau như nickel, đồng (copper), platinum (bạch kim)

Tính chất vật lý của Platinum

Platinum là một nguyên tố hóa học cơ bản, kí hiệu là Pt. “Pt” cũng chính là tiền tố trong PT100.

Platinum có trọng lượng phân tử 195, là một kim loại khá nặng với các electron tự do làm cho nó dẫn điện tốt, mặc dù không tốt bằng đồng hoặc bạc.

Điện trở của platinum gần như tuyến tính với nhiệt độ. Điện trở của nó tại 0 độ C là chính xác 100 Ohm. Đây chính là lí do nó được gọi là PT100.

Một đặc tính khác của platinum là nó khá trơ. Nó không phản ứng với các hợp chất khác ở bất cứ mức độ nào.

Hệ số alpha

Đặc tính của RTD là thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Vậy sự thay đổi đó như thế nào?

Độ tinh khiết của Platinum cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi của điện trở với nhiệt độ. Hầu hết PT100 được sử dụng trong công nghiệp có điện trở thay đổi 0.385 Ohm khi nhiệt độ thay đổi 1 độ C.

Như chúng ta đã biết Pt100 có điện trở 100 Ohm tại nhiệt độ 0 độ C. Do đó chúng ta có thể tính toán được hệ số biến đổi (gọi là hệ số alpha) như công thức số 1 trong hình phía dưới. Từ đó chúng ta có thể tính được giá trị điện trở tại một nhiệt độ bất kỳ (công thức số 2).

Ngoài loại platinum có hệ số 0.00385 là PT100 (385), còn có loại khác là 0.00391, PT100 (391).

Việc tính toán điện trở/nhiệt độ theo công thức trên cũng không hoàn toàn chính xác. Do vậy, trong thực tế các hãng sản xuất thường cung cấp một bảng tra dữ liệu điện trở theo nhiệt độ.

Tiêu chuẩn đầu ra của PT100

Trong công nghiệp, RTD thường có 2 dạng tín hiệu đầu ra: RTD và Analog Input.

RTD: Tín hiệu trực tiếp từ cảm biến được đưa vào I/O module có khả năng đọc tín hiệu loại RTD

Analog Input: Tín hiệu RTD được chuyển đổi (transmister) thành dạng analog (4-20mA) và đưa vào I/O module

PT100 2 dây

Để xác định được điện trở của RTD, cần phải có một mạch để đo, gọi là Wheatstone bridge. Chúng ta hãy cùng tham khảo hình phía dưới.

Thiết kế RTD 2 dây này không chính xác lắm vì bản thân dây dẫn bạch kim (platinum) có điện trở do chiều dài của dây và các điểm kết nối, ngoài ra còn có điện trở từ nhiệt độ được phát hiện tại điểm đo.

PT100 3 dây

Để bù cho điện trở tăng thêm, một dây bạch kim thứ hai được thêm vào cảm biến ở dây dẫn thứ ba. Nó được sử dụng để xác định điện trở của chính dây dẫn. Giá trị điện trở này sẽ được trừ khỏi điện trở đo tổng thể để tính ra điện trở thực (chỉ do thay đổi nhiệt độ).

Dù giá thành của PT100 3 dây là cao hơn, nhưng nhờ tính ổn định và chính xác, nó thường được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hơn loại Pt100 2 dây.

Theo realpars.com