ترمومتر مقاومت پلاتینی
تعریف
مقاومت حرارتی پلاتین (PTR) که به آن ترمومتر مقاومت پلاتین (PRT) نیز میگویند، از پلاتین به عنوان ماده حسگر برای اندازهگیری دما استفاده میکند. عملکرد آن بر اساس اصلی است که مقاومت الکتریکی پلاتین با تغییرات دما به طور قابل پیشبینی متغیر میشود. این نوع ترمومتر قادر به اندازهگیری دقیق دما در محدوده گستردهای از -200°C تا 1200°C است.
پلاتین یک فلز غیرفعال است که خاصیت شکلپذیری عالی دارد و میتوان آن را به سادگی به سیمهای نازک و یکنواخت کشید. این خصوصیات منحصر به فرد - پایداری شیمیایی و مشخصات مقاومت-دمای متعادل - پلاتین را به انتخاب ایدهآل برای استفاده به عنوان المان حسگر در ترمومترها تبدیل میکند و اندازهگیری دما با دقت و قابلیت اطمینان را در برنامههای مختلف امکانپذیر میسازد.
نحوه عملکرد ترمومترهای مقاومت پلاتین
مقاومت پلاتین رابطه تقریباً خطی با دما دارد، که این ویژگی اساسی برای اندازهگیری دقیق دما استفاده میشود. برای تعیین مقدار مقاومت، جریان متناوب یا مستقیم از طریق المان پلاتین عبور میکند. هنگامی که جریان عبور میکند، یک فشار ولتاژ در فلز القاء میشود که میتوان آن را با دقت با استفاده از ولتمتر اندازه گرفت. با استفاده از معادله کالیبراسیون پیشآمده، خواندن ولتاژ اندازهگیری شده به مقدار دما متناظر تبدیل میشود که به تعیین دقیق دما کمک میکند.
ساختار ترمومترهای مقاومت پلاتین
نمودار زیر ساختار یک ترمومتر مقاومت پلاتین معمولی را نشان میدهد. در مرکز آن، پیچ پلاتین حسگر در یک لامپ محافظ داخلی قرار دارد که معمولاً از شیشه یا پیرکس ساخته شده است. این مواد پایداری حرارتی و عایق برقی فراهم میکنند و تمامیت المان حسگر را محافظت میکنند. علاوه بر این، یک لایه عایقبندی روی سطح لوله شیشهای اعمال شده که عملکرد ترمومتر را افزایش میدهد و به اندازهگیری دما با دقت و ثبات کمک میکند.
جزئیات ساختاری ترمومترهای مقاومت پلاتین (PTRs)
در یک PTR، یک سیم پلاتین دو تار حول یک نوار میکا پیچیده میشود. این ساختار دوتایی تأثیرات القایی ناشی از جریان متناوب را کاهش میدهد و دقت اندازهگیری را تضمین میکند. نوار میکا که به عنوان عایق برقی عمل میکند، در انتهای لوله قرار داده میشود تا پیچ را ثابت کند و از کوتاه شدن جلوگیری کند.
یک کلاهک ابونیت انتهای باز لوله را میبندد و پایداری مکانیکی و عایق برقی فراهم میکند. انتهای سیم پلاتین به سیمهای مسی ضخیم متصل میشود که به نوبه خود به ترمینالهای (AB) در کلاهک ابونیت متصل میشوند. برای مقابله با مقاومت سیمهای مسی و بهبود دقت، دو سیم مسی یکسان (سیمهای جبرانکننده، CD) به ترمینالهای بالایی متصل میشوند. این ترتیب "چهار سیم" خطاهای ناشی از مقاومت سیمهای مسی را حذف میکند که ویژگی مهمی در برنامههای با دقت بالا است.
طراحی PTR صنعتی
شکل زیر یک ترمومتر مقاومت پلاتین صنعتی را نشان میدهد. در اینجا، پیچ حسگر پلاتین توسط یک محفظه فولاد ضد زنگ یا پوشش شیشه/سرامیک محافظت میشود. این دو لایه بستهبندی دو مزیت کلیدی را فراهم میکند:
این طراحی توازنی بین دوام و دقت اندازهگیری ایجاد میکند و ترمومترهای مقاومت پلاتین را برای برنامههای متنوع از تحقیقات آزمایشگاهی تا فرآیندهای صنعتی با دمای بالا مناسب میسازد.
مزایای ترمومترهای مقاومت پلاتین
آسانی استفاده: اندازهگیری دما با ترمومتر مقاومت پلاتین نسبت به ترمومترهای گازی سادهتر است و نیاز به تنظیم و نگهداری پیچیده کمتری دارد.
دقت بالا: دستگاه خواندههای دما با دقت بالا ارائه میدهد که آن را برای برنامههایی که دقت مورد نیاز است، مانند آزمایشگاههای کالیبراسیون یا کنترل کیفیت صنعتی مناسب میسازد.
محدوده دمایی گسترده: آن به طور مؤثر در محدوده دمایی گستردهای از -200°C تا 1200°C عمل میکند و محیطهای متنوع از کریوژنیک تا دمای بالا را پوشش میدهد.
حساسیت: ترمومتر حساسیت عالی به تغییرات دمایی کوچک دارد و تشخیص قابل اعتماد حتی تغییرات کوچک را تضمین میکند.
قابلیت تکرار: رابطه مقاومت-دمای پلاتین بسیار ثابت است. برای یک دما خاص، پلاتین همیشه مقاومت یکسانی را نشان میدهد و اندازهگیریهای تکرارپذیر را تضمین میکند.
معایب ترمومترهای مقاومت پلاتین
نکات کلیدی
به رغم محدودیتهای آن، ترمومتر مقاومت پلاتین به دلیل پایداری، دقت و محدوده دمایی گستردهاش همچنان گزینه مورد ترجیح در بسیاری از زمینهها است. برای برنامههایی که نیاز به دماهای بسیار بالا یا پاسخ سریع دارند، حسگرهای جایگزین (مانند ترموجفتها) ممکن است مناسبتر باشند، اما PTRs در سناریوهایی که نیاز به ثبات و قابلیت اطمینان بلندمدت است، موفقیت بیشتری دارند.
