پلاتین رزیستانس ترمومتر
تعریف
پلاتین حرارتی مقاومت (PTR)، که به عنوان پلاتین مقاومت ترمومتر (PRT) نیز شناخته می‌شود، 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 وسیعی از -200°C تا 1200°C است.
پلاتین، یک فلز غیرفعال، دارای خاصیت پلاستیسیته عالی است که به راحتی می‌تواند به سیم‌های ریز و یکنواخت کشیده شود. این ویژگی‌های منحصر به فرد - ثبات شیمیایی و ویژگی‌های مقاومت-دمای ثابت - پلاتین را به انتخاب ایده‌آل برای استفاده به عنوان المان حسگر در ترمومترها تبدیل می‌کند، که مطمئن و دقیق اندازه‌گیری دما در برنامه‌های متنوع را تضمین می‌کند.
چگونگی کار پلاتین مقاومت ترمومترها
مقاومت پلاتین یک رابطه تقریباً خطی با دما دارد، که این خاصیت بنیادی برای اندازه‌گیری دقیق دما مورد استفاده قرار می‌گیرد. 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 می‌تواند با استفاده از ولتمتر دقیقاً اندازه‌گیری شود. با استفاده از معادله کالیبراسیون قبلی، خواندن ولتاژ اندازه‌گیری شده سپس به مقدار دمای متناظر تبدیل می‌شود، که امکان تعیین دقیق دما را فراهم می‌کند.
ساختار پلاتین مقاومت ترمومترها
نمودار زیر ساختار یک ترمومتر پلاتین مقاومت معمولی را نشان می‌دهد. در مرکز آن، پره حسگر پلاتین در داخل یک کره محافظ 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، لایه عایق‌بندی روی سطح لوله شیشه‌ای عملکرد ترمومتر را افزایش می‌دهد و به اندازه‌گیری دما به صورت دقیق و ثابت کمک می‌کند.
جزئیات ساختاری پلاتین مقاومت ترمومترها (PTRs)
در یک PTR، یک سیم پلاتین دو رشته‌ای حول یک نوار میکا پیچیده می‌شود. این سیم دو رشته‌ای اثرات القایی ناشی از جریان متناوب را به حداقل می‌رساند و دقت اندازه‌گیری را تضمین می‌کند. نوار میکا، به عنوان یک عایق برقی، در انتهای لوله قرار دارد تا پره را ثابت کند و از کوتاه شدن جلوگیری کند.
یک کلاهک ابینایت دهانه باز لوله را مسدود می‌کند و پایداری مکانیکی و عایق برقی فراهم می‌کند. انتهای سیم پلاتین به سیم‌های مسی ضخیم متصل می‌شود که به نوبه خود به ترمینال‌های (با برچسب AB) در کلاهک ابینایت متصل می‌شوند. برای مقابله با مقاومت سیم‌های مسی و بهبود دقت، دو سیم مسی مشابه (به نام سیم‌های جبران‌کننده، با برچسب CD) به ترمینال‌های بالایی متصل می‌شوند. این تنظیم "چهار سیم" خطاهای ناشی از مقاومت سیم‌های رسانا را حذف می‌کند، که یک ویژگی بحرانی در برنامه‌های با دقت بالا است.
طراحی PTR صنعتی
نمودار زیر یک ترمومتر پلاتین مقاومت صنعتی را نشان می‌دهد. در اینجا، پره حسگر پلاتین توسط یک غلاف فولاد ضد زنگ یا یک پوشش شیشه/سرامیک محافظت می‌شود. این پوشش دو لایه دو مزیت کلیدی را فراهم می‌کند:
این طراحی تعادل بین دوام و دقت اندازه‌گیری را برقرار می‌کند و ترمومترهای پلاتین مقاومت را برای برنامه‌های متنوع از تحقیقات آزمایشگاهی تا فرآیندهای صنعتی با دمای بالا مناسب می‌کند.
مزایای ترمومترهای پلاتین مقاومت
سهولت استفاده: اندازه‌گیری دما با ترمومتر پلاتین مقاومت نسبت به ترمومترهای گازی ساده‌تر است و نیاز به تنظیمات پیچیده و نگهداری کمتری دارد.
دقت بالا: دستگاه خواندن‌های دقیق دما را ارائه می‌دهد و برای برنامه‌هایی که دقت مورد نیاز است، مانند آزمایشگاه‌های کالیبراسیون یا کنترل کیفیت صنعتی مناسب است.
محدوده دمایی گسترده: در طیف گسترده‌ای از دما، از -200°C تا 1200°C، مؤثر عمل می‌کند و محیط‌های متنوعی از کریوژنیک تا دمای بالا را در بر می‌گیرد.
حساسیت: ترمومتر حساسیت عالی به تغییرات دمایی ریز دارد و تشخیص قابل اعتماد تغییرات حتی کوچک را تضمین می‌کند.
قابلیت تکرار: رابطه مقاومت-دمای پلاتین بسیار متعادل است. برای دمای مشخصی، پلاتین همیشه مقاومت یکسانی را نشان می‌دهد و اندازه‌گیری‌های تکرارپذیر را تضمین می‌کند.
معایب ترمومترهای پلاتین مقاومت
اعتبارات کلیدی
با وجود محدودیت‌های آن، ترمومتر پلاتین مقاومت به دلیل ثبات بی‌نظیر، دقت و محدوده دمایی گسترده در بسیاری از زمینه‌ها انتخاب مطلوبی می‌باشد. برای برنامه‌هایی که نیاز به دمای بسیار بالا یا پاسخ سریع دارند، سنسورهای جایگزین (مثل ترموجفت‌ها) ممکن است مناسب‌تر باشند، اما PTRها در سناریوهایی که نیاز به ثبات و قابلیت اعتماد بلندمدت دارند، برجسته هستند.
