سنسور های دمای مقاومتی

تمام هادیهای فلزی دارای این خاصیت هستند که همگام با تغییر دما مقاومت ویژه آنها نیز تغییر می کند.
این تغییر در مقاومت ویژه به نوبه خود باعث تغییر در مقاومت هادی میشود.
اگر چه در دماهای بالاتر تغییرات مقاومتی نسبت به خط مستقیم دارای انحراف است، اما تغییر مقاومت هادی در یک محدوده وسیع دمایی نسبت به خروجی ترموکوپل خطی تر است.
مقدار تغییرات مقاومتی از فرمول زیر بدست می آید:



جدول زیر ضرایب دمایی مقاومتی برای چند نوع فلز

در ساخت سنسور های دمای مقاومتی از انواع فلزات استفاده می کنند که عموما نسبت به رنج دمایی مورد استفاده دسته بندی می شوند.
برای محدوده های کوچک از مس استفاده می شود و برای محدوده های دمای نسبتا کوچک و تا 400c از فلز نیکل و آلیاژهای نیکل مورد استفاده قرار می گیرد.برای محدوده های دمای بالاتر به دلیل مقاومت بسیار بالاتر در مقابل اکسیداسیون پلاتین وآلیاژهای آن مناسب تر هستند.

دماسنج مقاومتی (Resistance thermometer)
دماسنج مقاومت پلاتین در گذشته تنها به عنوان یک استاندارد آزمایشگاهی استفاده می شد ولی پیشرفتهایی که درساختمان این نوع دماسنجها وبه طور کلی دماسنج های مقاومتی حاصل شده است منجر به استفاده از این نوع دماسنجها در زمینه هایی شده است که قبلا تنها ترموکوپلها در آن زمینه کاربرد داشتند بخصوص بسیاری از فرایندهای صنعتی که زمانی لازم بود کاملا کنترل شوند تا تغییرات دما در حدود 10c باشد اکنون بایستی در محدوده تغییرات بسیار کمتری کار کند.
امروزه تاکید بر کنترل کیفیت ویکنواخت بودن محصول نیازمند این است کنترل دما در فرآیند تولید خیلی بیشتر از گذشته مورد توجه قرار گیرد.
اگر چه تعدادی از آلیاژ های فلزی دیگری موجودند که د ردماسنجهای مقاومتی موردا ستفاده قرار می گیرند ولی فلز پلاتین دارای این امتیاز قابل توجه است که می توان از آن به عنوان فلزی برای استاندارد بین المللی دما در محدوده -200 تا 600 استفاده کرد. از نوع ازمایشگاهی دماسنج مقاومت پلاتینی برای کالیبره کردن دماسنجهای دیگر استفاده می شود اما حجم زیادی از دستگاه اندازه گیری را به خود اختصاص می دهد. نوع مینیاتوری این دماسنجها نیز قابل تهیه است که در آنها دقت مقاومت پلاتین مورد توجه قرار گرفته و در ضمن جنس پلاتین در مقابل خوردگی محیط کار مقاوم است. اگر چه نیکل ومس هم برای موارد خاصی در محدوده های دمای پایین تر مورد استفاده قرار می گیرد ولی پلاتین دارای این امتیاز است که به صورت کاملا خالص قابل تهیه است و در مقابل خوردگی نیز مقاومت زیاد دارد مانند فلزات نجیب و نسبت تغییرات مقاومت به در مورد این فلز در محدوده وسیعی از دماها کاملا خطی است.در ضمن این فلز از نظر الکتریکی و مکانیکی بسیار پایدار است به طوری که انحراف مقدار مقاومت فلز با گذشت زمان دارای مقدار بسیار جزئی است.
عوامل دیگری که باعث شده اند استفاده از دماسنجهای مقاومت پلاتین روز افزون شود پیشرفتهای سیستمهای اندازه گیری است که در آنها استانداردهای بالای مبتنی بر سیستم مقاومت پلاتین وکاربری آسانتر مراعات شده است.کابلهای رابط دماسنج مقاومت پلاتین را میتوان از جنس کابل مسی معمولی در نظر گرفت واحتیاجی به کابلهایی رابط جبران سازی نمی باشد.
کالیبراسیون دماسنج مقاومت پلاتین تنها یک مرتبه انجام می شود واحتیاجی به جبران سازی اتصال سرد ویا استفاده از روکشهای ترموستاتی برای ایجاد یک اتصال مرجع نمی باشد. قسمت اندازه گیری دماسنج را میتوان ساده تر ساخت ودر ضمن ایجاد طبقاتی اضافی به منظور جبران سازی ضرورتی ندارد.

ساختمان یک سنسور دما از نوع مقاومت پلاتین به طور کلی مقاومتر و خشن تر از نوع دماسنج سیم پیچ باز است که در یک آزمایشگاه استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد. سیم پیچ داخل یک استوانه حلزونی و تحت شعاع کوچکی پیچیده شده است و در نهایت همه حلزونی داخل یک میله توخالی از جنس آلومینا آب بندی شده است.
اندازه ابعاد چنین وسیله ای را میتوان تا حد قطر0.8mm وطول 5mm در نظر گرفت و با داشتن ابعاد فوق و مشاهده دقیق مقاومت سیم پیچ می توان دقتی تا حدود0.01% را به دست آورد. نوع دیگری از سنسور دما مقاومتی وجود دارد که در ساختمان آن از فیلمهای لایه نازک پلاتین روی مواد سرامیکی استفاده شده است که بر خلاف نوع سیم پیچی شده به صورت تولید انبوه قابل تولید بوده وقیمت آن هم خیلی کمتر تمام میشود.
این نوع سنسور ها برای بسیاری از مصارف صنعتی مناسب ترند اگر چه بایستی در استفاده از انها دقت کافی مبذول داشت تا لایه نازک پلاتین در مقابل گازها و مایعای که در مجاورت انها قرار گیرد به صورت کاتالیستهای شیمیایی عمل نکند.
در شکل زیر ساختار انواع سنسورهای مقاومتی مانند سرامیکی و فیلمی نازک نشان داده شده است:

در هنگام اتصال سنسورهای مقاومتی به نشان دهنده یا کنترلر، به علت مقاومت کابل ها و یا سیم های انتقال از دو نوع اتصال جهت جبران سازی استفاده می شود، که یکی از آنها جبران سازی سه سیم و دیگری جبران سازی 4سیم می باشد.
در جبران سازی 3سیم، 2سیم به یکی از پایه های سنسور متصل می شود و یک سیم دیگر به پایه دیگر و در نوع 4سیم به هریک از پایه های سنسور، 2سیم متصل می شود و تا سیم قرائت و یا کنترل کننده ادامه می یابد.


سنسور های مقاومتی بسته به آلیاژ فلزی استفاده شده و همچنین مقاومت خروجی آنها در 0°C دسته بندی می شوند.
به این شکل که حروف اختصاری آلیاژ فلزی اول و سپس مقاومت سنسور در 0°C آورده می شود، به عنوان مثال CU100 در حقیقت سنسور مقاومتی است که سیم پیچ آن از فلز مس ساخته شده است و مقاومت خروجی آن در 0°C معادل 100اهم است.
همانطور که گفته شد آلیاژ پلاتین به علت داشتن مزایای فراوان از محبوب ترین و پر کاربرد ترین آلیاژ فلزی در ساخت این سنسور ها است و این میان سنسور PT100 از محبوب ترین و پر استفاده ترین سنسورهای مقاومتی در صنایع می باشد، به طوریکه بعضا به اشتباه سنسور مقاومتی PT100 را نوعی ترموکوپل می دانند و متاسفانه عده ای آن را به عنوان ترموکوپل PT100 می شناسند.
در صورتی که این سنسور یک سنسور مقاومتی بوده و که از جنس پلاتین ساخته شده و در دمای 0°C مقدار مقاومت خروجی آن 100 اهم است که این مقدار با افزایش دما افزایش یافته و با کاهش دما از مقدار مقاومت آن کاسته می شود.
در جدول زیر خروجی مقاومت سنسور PT100 بر اساس استاندارد آورده شده است:

سوال های زیادی در این مورد پیش می آید که چگونه سنسور دمای مناسب را انتخاب کنیم و اینکه چه وقت باید ترموکوپل استفاده کرد و در چه موردی باید سنسور PT100 یا اساسا از سنسور های مقاومتی استفاده کرد؟
در جدول زیر سعی شده است مقایسه ای بین این دو نوع سنسور انجام شود تا شاید جوابی بر این سئوال عمومی و کلی باشد.