متر مقاومة البلاتين
التعريف
يستخدم مقاوم حراري بلاتيني (PTR)، المعروف أيضًا باسم ميزان الحرارة المقاوم للبلاتين (PRT)، البلاتين كمادة حسّاسة لقياس درجة الحرارة. يعتمد تشغيله على المبدأ القائل بأن مقاومة البلاتين تتغير بشكل متوقع مع تغير درجات الحرارة. يمكن لهذا النوع من أجهزة قياس الحرارة قياس درجات الحرارة بدقة في نطاق واسع، من -200°C إلى 1200°C.
البلاتين هو معدن غير نشط ويتميز بقابلية للتشكيل تسمح بسحبه بسهولة إلى أسلاك رفيعة ومتساوية. هذه الخصائص الفريدة - الاستقرار الكيميائي والخصائص الثابتة للمقاومة - درجة الحرارة - تجعل البلاتين خيارًا مثاليًا لاستخدامه كعنصر حسّاس في أجهزة قياس الحرارة، مما يضمن قياسات دقيقة وموثوقة لدرجات الحرارة عبر مجموعة متنوعة من التطبيقات.
كيف تعمل مقاومات الحرارة البلاتينية
تظهر مقاومة البلاتين علاقة تقريبًا خطية مع درجة الحرارة، وهي خاصية أساسية يتم استغلالها لقياس درجات الحرارة بدقة. لتحديد قيمة المقاومة، يمر تيار متناوب أو مستمر عبر العنصر البلاتيني. أثناء مرور التيار، يُحدث انخفاض جهد عبر المعدن يمكن قياسه بدقة باستخدام فولتميتر. باستخدام معادلة تحويل مسبقة الإعداد، يتم تحويل القراءة المقيسة للجهد إلى قيمة درجة حرارة متناظرة، مما يمكّن من تحديد درجة الحرارة بدقة.
بناء مقاومات الحرارة البلاتينية
يوضح الرسم البياني أدناه بنية مقاوم حراري بلاتيني نموذجي. في قلبه، يتم وضع ملف البلاتين الحساس داخل كرة حماية، غالبًا ما تكون مصنوعة من الزجاج أو البايركس. توفر هذه المواد الاستقرار الحراري والعزل الكهربائي، مما يحافظ على سلامة العنصر الحساس. بالإضافة إلى ذلك، يعزز طبقة عازلة مودعة على سطح أنبوب الزجاج أداء ميزان الحرارة، مما يساهم في قياس درجة الحرارة بدقة وثبات.
تفاصيل الهيكلية لمقاومات الحرارة البلاتينية (PTRs)
في PTR، يتم لف سلك بلاتيني ثنائي حول شريط ميكا. هذا التكوين ذو السلكين يقلل من الآثار الحثية الناجمة عن التيار المتردد، مما يضمن دقة القياس. يعمل شريط الميكا كعازل كهربائي ويوضع عند نهايات الأنبوب لتأمين الملف ومنع التوصيل المباشر.
تغلق غطاء إيبونيت نهاية الأنبوب المفتوحة، مما يوفر الاستقرار الميكانيكي والعزل. يتم توصيل طرفي سلك البلاتين بأسلاك نحاسية سميكة، والتي بدورها تتصل بالطرفية (معروفة بـ AB) المثبتة في غطاء الإيبونيت. للتغلب على مقاومة أسلاك النحاس وتحسين الدقة، يتم توصيل سلكين نحاسيين متطابقين (يُطلق عليهما أسلاك التعويض، معروفة بـ CD) بالطرفية العلوية. يساعد هذا الترتيب "الأرباع الأسلاك" في إزالة الأخطاء الناجمة عن مقاومة أسلاك التوصيل، وهو ميزة حيوية في التطبيقات ذات الدقة العالية.
تصميم PTR الصناعي
يوضح الشكل التالي مقاوم حراري بلاتيني صناعي. هنا، يتم حماية ملف البلاتين الحساس بواسطة غلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ أو طلاء من الزجاج / السيراميك. يقدم هذا الغلاف المزدوج فوائد رئيسية:
يعمل هذا التصميم على موازنة المتانة بدقة القياس، مما يجعل مقاومات الحرارة البلاتينية مناسبة لتطبيقات تتراوح من البحث المختبري إلى العمليات الصناعية ذات درجات الحرارة العالية.
مزايا مقاومات الحرارة البلاتينية
سهولة الاستخدام: يعتبر قياس درجة الحرارة باستخدام مقاوم حراري بلاتيني أكثر بساطة مقارنة بميزان الحرارة الغازي، حيث يتطلب إعدادًا وأعمال صيانة أقل تعقيدًا.
الدقة العالية: يوفر الجهاز قراءات دقيقة للغاية لدرجة الحرارة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية، مثل مختبرات المعايرة أو مراقبة الجودة الصناعية.
نطاق درجة الحرارة الواسع: يعمل بكفاءة عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، من -200°C إلى 1200°C، مما يلائم بيئات متنوعة من البيئات الكريوجينية إلى البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
الحساسية: يظهر ميزان الحرارة حساسية ممتازة للتغيرات الدقيقة في درجة الحرارة، مما يضمن اكتشاف موثوق حتى لأصغر التقلبات.
التكرار: العلاقة بين مقاومة البلاتين ودرجة الحرارة ثابتة للغاية. بالنسبة لدرجة حرارة معينة، يظهر البلاتين دائمًا نفس قيمة المقاومة، مما يضمن قياسات متكررة.
عيوب مقاومات الحرارة البلاتينية
اعتبارات رئيسية
رغم وجود هذه القيود، يظل مقاوم الحرارة البلاتيني الخيار المفضل في العديد من المجالات بسبب استقراره غير المسبوق ودقته ومداه الواسع لدرجة الحرارة. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة عالية جدًا أو استجابة سريعة، قد يكون المستشعرات البديلة (مثل الأزواج الحرارية) أكثر ملاءمة، ولكن تتفوق PTRs في السيناريوهات التي تتطلب الثبات والموثوقية طويلة الأمد.
