Vastus- ja termoparianturit

Vastusanturit

Vastusanturi on sähköinen anturityyppi. Vastuslämpötilamittareilla mitataan resistanssin lämpötilariippuvuutta. Mittaus perustuu tuntoelinmateriaalin resistanssin muutokseen lämpötilan muuttuessa. Yleisesti käytettyjä vastusanturimateriaaleja ovat mm:

• Kupari (Cu) 

• Nikkeli (Ni)

• Platina (Pt)

Vastusantureiden päätyypit ovat RTD:t ja termistorit. 

RTD:t ovat metallisia tuntoelinmateriaaleja. RTD tulee sanoista  Resistance Temperature Detector

TERMISTORIT ovat puolijohteisiin perustuvia (keraamisia) tuntoelimiä. Termistorit ovat halpoja verrattuna metallisiin tuntoelimiin. Niiden resistanssi riippuu lineaarisesti lämpötilasta vain suppeahkolla lämpötila-alueella. Eivät kestä korkeita lämpötiloja. Yleisiä termostaateissa. Termistorityypit: 

• NTC Negative Temperature Coefficient

• PTC Positive Temperature Coefficient

Tuntoelinmateriaalilta vaadittavia ominaisuuksia ovat mm:

• • • • Suuri resistiivisyys ja suuri resistanssin lämpötilakerroin ά (alfa)

      • Lineaarisuus mahdollisimman laajalla lämpötila-alueella

      • hyvä toistettavuus ja hyvä mekaaninen ja terminen kestävyys

Tavallisesti vastuslämpötilamittari koostuu:

• • • • Metallilangasta, usein platinaa, nikkeliä tai kuparia.

      • Metallilangan keraamisesta päällysteestä.

      • Metalliputkesta, joka täytetään keraamisella jauheella.

      • Voidaan valmistaa myös puolijohdemateriaalista.

Yleisimmät anturityypit ovat:

• • • • Platina-anturit Pt100 ja Pt1000, joissa resistanssi 0C-asteessa on 100/1000 ohm.

      • Vastaavat nikkelianturit Ni100 ja Ni1000.

PT100 ja PT1000

Platinasta valmistetut standardimalliset PT-100 ja PT-1000 anturit ovat erittäin yleisisä vastuslämpötila-antureita. PT100 -anturit ovat yleisin teollisessa käytössä oleva anturityyppi. Antureiden mitta-alue on noin -200…+ 700 °C

Pt1000 -antureissa 2- johdin kytkennässä kaapelin pituus aiheuttaa pienemmän mittavirheet.

Antureita on eri tarkkuusluokkia; tyypillinen tarkkuus on -50…+100°C lämpötiloissa ± 0,5 °C luokkaa. 

• Tarkkuusluokka A anturin tarkkuus on ± 0,3 °C 0-asteen lämpötilassa.

• Tarkkuusluokka B anturin tarkkuus on ± 0,15 °C 0-asteeessa. 

PT100-anturin nimellisvastus 0 °C on 100Ω ja resistanssin muutos 0,385 Ω/°C.
PT1000-anturin nimellisvastus on vastaavasti 0 °C on 1000Ω ja resistanssin muutos 3,85 Ω/°C. Molempien vastusten arvo kasvaa lämpötilan noustessa.

Termoelementti

Thomas Seebeck 1821: Kun liitoskohdat ovat eri lämpötilassa, niin liitoskohtien välille syntyy

sähkömotorinen voima eli jännite.

Termoelementti eli termopari on yleisimpiä lämpötilan mittausmenetelmiä. Toiminta perustuu lämpösähköiseen ilmiöön. Termoelementti soveltuu kaasujen ja nesteiden lämpötilamittaukseen alueella -260 – 1800 ˚C.  Mittausalue vaihtelee lankaparista riippuen. Esimerkiksi rauta – konstantaani parilla voidaan mitata lämpötilaa alueelta -150 – 1000 ˚C. Suuria lämpötiloja voidaan mitata platina – platina-rhodium parilla. 

Termoelementit jaetaan eri tyyppeihin. Yleisimpiä ovat J-, K-, T-, R-, S- , ja B-tyypit.

Termoelementin sauvan sisällä on johdinpari, joka on valmistettu kahdesta eri materiaalista jotka on yhdistetty toisiinsa suljetuksi virtapiiriksi. Kun liitoskohdat ovat eri lämpötiloissa, syntyy niiden välille sähköjännite, jonka suuruus on millivoltti- (mV) suuruusluokkaa.

Koska syntynyt jännite on hyvin pieni ja herkkä häiriöille, tarvitaan lähetin joka muuttaa jännitteen virtaviestiksi. Virtaviestin suuruus on tyypillisesti 4-20 mA.

Termolankapareina käytetään mittaustilanteesta riippuen eri materiaaleja. Yleisiä käytettyjä materiaaleja:

• Nikkeli,

• Kupari,

• Konstantaani, 

• rauta,

• teräs,

• kromi-seos,

• platina ja 

• platina-rhodium

Termoelementin mittalähettimen rakenne koostuu tuntoelimestä ja lähettimestä  

• Tuntoelin – metallilankojen  liitoskohta, sijoitetaan suojaputken kärkiosaan, josta johdotus liitäntäkotelon liittimiin.

• Lähetin voidaan sijoittaa anturiliitäntäkoteloon tai jakokoteloon (yleensä mittalaitteen lähistöllä)

• Lähettimen sijasta voidaan käyttää myös termoelementille tarkoitettuja I/O-liitäntäkortteja