5 人に「PT100」の意味を尋ねると、通常は「ある種の温度センサー」という完全な答えが得られます。 - とチャットしているだけならそれでも問題ありませんが、あなたが購入仕様書を書いているのであれば、その答えのギャップがまさに後で問題が現れる場所です。ベンチでは正常に読み取られるが、サーモウェルに溶接されるとドリフトするセンサー、または技術的には正しいが、給電している送信機の配線が間違っているセンサーです。
この記事では、PT100 が実際に温度を測定する仕組み、選択するセンサー タイプ間の実際的な違い、および理論ではここまでしか理解できないため -、これらの詳細の 1 つを間違えると生産ラインで測定可能な問題が発生する実際の状況について説明します。
PT100 とは実際何ですか
PT100 は測温抵抗体 (RTD) - であり、温度の変化に応じて電気抵抗が既知の再現可能な方法で変化する白金素子です。名前の「100」は0度での抵抗値、つまり正確に100オームです。加熱すると抵抗が上がります。冷やすと抵抗が下がります。
これを行う金属はプラチナだけではありません。- ニッケルや銅の RTD も存在します -。しかし、プラチナは酸化しにくく、長年の熱サイクルを経ても校正が保持され、抵抗曲線が明確に定義されているため、国際的に標準化されています。-その規格は IEC 60751 であり、すべての評判の良いメーカーのデータシートが、公言していなくてもひっそりと参照している文書です。
物理的には、この要素は金属シース - (通常は 316 ステンレス、場合によっては厄介な媒体の場合はインコネルまたはハステロイ) 内に収まっており、リード線はトランスミッターまたはコントローラーのアナログ入力カードにつながっています。センサー自体にはディスプレイもロジックもありません。抵抗が変わるだけです。それ以外はすべて下流で行われます。
読書の背後にある物理学
なぜ温度によって抵抗が変化するのか
プラチナが加熱されると原子の振動が増加し、電子が格子内を移動することが難しくなり、抵抗が増加します。この関係は範囲全体にわたって線形ではありませんが、十分に近く、十分に特徴付けられているため、ルックアップ テーブルだけではなく方程式、つまりカレンダー ヴァン デューセン方程式で捉えることができます。-
0 度を超える温度の場合、簡略化された形式は次のようになります。
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
PT100 の R0 は 100 オームで、A と B は IEC 60751 の固定定数です。0 度以下では、曲線の曲がり方が若干異なるため、3 番目の項が追加されます。この - を暗記する必要はありませんが、その存在を知っておく価値はあります。これが、あるメーカーの「PT100」と別のメーカーの「PT100」が、それぞれが独自のプライベート カーブを持つのではなく、特定の温度で実際に一致する理由だからです。
覚えておく価値のある数字の 1 つ: 100 度で、標準 PT100 の読み取り値はおよそ 138.5 オームです。マルチメーターを使用してセンサーのトラブルシューティングを行っているときに、100 度であるべき温度に近づいていない場合は、素子、配線、または実際の温度についての仮定のいずれかに問題があります。-。
注文前に知っておくべき分割もあります。「ヨーロッパ カーブ」(アルファ=0.00385) は北米以外では標準ですが、古い「アメリカ カーブ」(0.00392) は依然として一部のレガシー機器に表示されます。後付けでこの 2 つを混合すると、明らかな理由もなく温度測定値が数度ずれてしまう典型的な原因です。
抵抗を読める数値に変える
トランスミッタは、要素に小さな電流を流し、その両端の電圧を測定し、抵抗を計算し、曲線を適用して温度を吐き出します。それでおしまい。これは、送信機またはその背後に RTD 対応入力カードがなければ PT100 が基本的に役に立たない理由でもあります-センサーは測定チェーンの半分にすぎません-。
実際に現場で問題を引き起こす配線の詳細
購入の意思決定で多くの失敗が生じるのはここです。誰かが不注意だったことが原因で起こることはほとんどありません。-誰かに言われなければ、それは明らかではありません。
2線式最も安価ですが、リード線自体の抵抗が測定値に直接追加されます。 30 メートルのケーブル配線を超えると、そのエラーはもはや些細なものではなくなります。短期間の実行または重要ではないモニタリングには適しています。制御したいものには適していません。
3線式ほとんどの産業作業のデフォルトです。 3 本目のワイヤを使用すると、3 本の導体の長さとゲージが一致していると仮定して、トランスミッタがリード抵抗を推定して相殺できます。コストと精度のバランスが優れているため、現在販売されているほとんどのプロセストランスミッターにこの機能が搭載されています。
4線式電流が流れるワイヤと電圧を検出するワイヤを分離することで、リード抵抗誤差をほぼ完全に除去します。{0}{1}これは、校正基準標準や度数の端数が実際に重要な場所では必要なことです - が、多くの一般的な監視ポイントでは過剰であり、余分なコストがかかります。
私が最もよく目にする間違いは、単独で間違った配線タイプを選択していないことです - 2 線入力用に構成されたトランスミッターに 3 線センサーを注文したり、その逆を行ったりすることです。センサーと機器は一致する必要がありますが、調達と機器の担当者が 2 つの異なる文書を作成している場合、この詳細は見落とされがちです。
ワイヤー-巻線要素と薄膜要素-
ワイヤー-が巻かれているセラミックまたはガラスのコア - の周りにコイル状に巻かれた要素 - のプラチナ ワイヤは、長い耐用年数と広い温度変動にわたって非常に良好に校正を維持する傾向があります。それらはより高価であり、機械的に少し壊れやすいです。
薄膜-要素は、マイクロチップの構築方法と同様の精神で、セラミック基板上にプラチナを蒸着することによって作られます。小型で大量生産が安価で、振動への耐久性も優れているため、一般産業および OEM 用途に広く採用されています。-トレードオフとして、プレミアム巻線バージョンと比較して定格温度範囲が狭くなりますが、ほとんどのプロセス作業では実際にその上限に近づくことはありません。-
用途が軽度の場合は、- HVAC ダクトを考えてください。一般的なタンク監視 - 薄膜-が、ほとんどの場合、経済的で賢明な選択です。高温-または長い耐用年数-の用途-で安定性を高めてコストを回収できるため、ワイヤ-を節約します。
PT100 対 熱電対 対 PT1000
初めての購入者温度計器これら 3 つのうちのどれを実際に指定すべきかをよく尋ねられます。
に対して熱電対PT100 は、低{2}}から-範囲（およそ -200 度から 850 度）での精度と長期安定性で優れており、冷接点補償は必要ありません。熱電対は、プラチナの処理能力を超える温度が上昇する場合、またはより高速な応答が必要で、より低い精度でも対応できる場合に最適です。
に対してPT1000動作原理は同一です。- 同じプラチナ、同じ物理学 - で、0 度では 100 度ではなく 1,000 オームです。ベース抵抗が高いため、リード線の誤差は比例して小さくなります。そのため、PT1000 は、多くの場合、PT100 で発生するような精度を犠牲にすることなく、2 線式の配線で済むことがよくあります。-。そのため、PT1000 は、ケーブル配線が長いもののラボレベルの精度を追求しないビルディング オートメーションにおいて一般的な選択肢となっています。
実際のケース: 「十分に近い」ではなかった場合
低温殺菌ラインを稼働している食品加工作業では、バッチ温度の測定値が数週間にわたって一貫していませんでした。-劇的なものは何もありませんでした。数度の変動が断続的に発生しただけで、プロセス自体で明らかな何かとは相関していませんでした。メンテナンスはすでにセンサーを一度交換しており、問題が解決したものとみなして作業を進めていました。 1か月後に戻ってきました。
実際の原因はセンサーではなく配線であることが判明しました。元の 3 線式 PT100 は、リード線のゲージが元の配線とわずかに異なる別のサプライヤーのユニットに交換されていたため、送信機が計算していたリード線抵抗の補償が無効になりました。-理論上は、両方のセンサーが仕様を満たしていました。実際には、この不一致は、低温殺菌保持時間に重要な許容範囲外に測定値を少しずらすのに十分な大きさでした。-これは、化粧品ではなく食品安全パラメータです。
修正されたのはセンサーの改良ではありませんでした。そのラインのすべての交換在庫品でリード線のゲージと長さを標準化し、新しいセンサーが使用開始される前の受入検査ステップとして、周囲温度での簡単な抵抗チェックを追加しました。-このレッスンでは、PT100 の精度は周囲の測定チェーン全体と同程度であり、「同じ部品番号」が必ずしも「同じ実際のワイヤ」を意味するとは限らないことを一般化します。
注文前に実際に確認すべきこと
ほとんどの購入者にとって、決定は 5 つの質問に集約されます。これらの質問は、おおよそ次の重要な順序で行われます。
- プロセス温度範囲はどれくらいですか?また、許容差はどの程度厳密にする必要がありますか?これにより精度クラスが決まります - クラス B (0 度で ±0.30 度) は、最も一般的なモニタリングをカバーします。クラス A または 1/3 DIN は、制御ループまたは規制プロセスにとってプレミアム価値があります。
- トランスミッターまたは PLC カードにはどのような配線が必要ですか?これは、回避可能なフィールドの問題の最も一般的な原因である - 後ではなく、注文する前に確認してください。
- プロセス媒体と圧力に適したシースの材質とプローブの直径は何ですか?腐食性または高圧の用途では通常、保護とシャットダウンせずにセンサーを交換できるようにするためのサーモウェルも必要です。{0}
- ヘッドマウント型送信機が必要ですか?-センサーのところで 4 ～ 20mA 信号に変換することで、長いケーブル配線でのノイズ耐性が向上し、電気的にノイズの多い環境では追加コストを支払う価値があります。
- 校正と交換の計画は何ですか?センサーは長年の熱サイクルによりドリフトします。通常、重要なプロセスは毎年チェックされます。リスクの低いモニタリング ポイントでは、時間が長くなる可能性があります。-
知っておくべきインストール上の注意事項
挿入深さは、ほとんどの人が予想している以上に重要です。- センシング チップはパイプ壁を突き抜けるだけでなく、実際の流れや媒体に到達する必要があります。そうしないと、プロセスではなく境界層を測定することになります。圧力、腐食、またはホットスワップ交換の必要性が要因となる場合、サーモウェルには追加コストを支払う価値があります。-また、異常と思われる測定値のトラブルシューティングを行う場合は、トランスミッターやプロセス自体に問題があると考える前に、既知の基準温度 (氷水は安価で信頼性の高い 0 度の基準温度) で抵抗を確認してください。
結論
PT100 の背後にある物理学は単純で、何十年も変わっていません - プラチナの抵抗は温度とともに予想どおり上昇します。その関係は標準化されているため、さまざまなメーカーの機器が互いに一致します。購入者が実際に間違えるのはセンサーの選択そのものではありません。それは、- の配線構成、リード線の一貫性、実際のプロセス条件のシースの材質などの詳細です。仕様の段階でこれらを正しく設定すれば、センサー部分は簡単です。
特定のラインまたは機器用の PT100 センサーを調達する場合、単に部品番号 - だけでなく、温度範囲、必要な精度クラス、配線タイプ、設置環境を事前にサプライヤーに送信すること - が、通常、正常に動作するセンサーと、本当の問題を発見する前に 2 回交換されるセンサーを区別します。
よくある質問
PT100はRTDと同じものですか?
いいえ - PT100 は、0 度で 100 オームの抵抗を持つプラチナ製の RTD の特定のタイプの 1 つです。 RTD はより広いカテゴリで、PT500、PT1000、ニッケル-または銅-ベースのセンサーも含まれます。
PT100 センサーは実際どのくらい正確なのでしょうか?
クラス B の精度は 0 度で約 ±0.30 度です。クラス A では、これを約 ±0.15 度まで締めます。 -高精度 1/10 DIN センサーは ±0.03 度に達します。これは、一般的なプロセス監視に必要なものではなく、主にラボまたは校正の標準仕様です。{9}}
PT100 は氷点下の温度にも対応できますか?{1}
はい、標準ユニットは約 -200 度まで評価されており、特殊なものを必要とせずにほとんどの極低温およびコールド チェーン アプリケーションに対応します。
一部の PT100 センサーにはワイヤが 2 本ではなく 3 本または 4 本あるのはなぜですか?
追加のワイヤを使用すると、機器はリード線自体の抵抗を差し引くことができます。そうでない場合、リード線自体の抵抗は温度信号の一部としてカウントされます -。ケーブルの長さに応じて増加する誤差です。
参考文献
- 国際電気標準会議。IEC 60751 - 工業用白金測温抵抗体および白金温度センサー。
- 米国標準技術研究所 (NIST)。ITS-90 温度スケールおよび白金抵抗温度測定の参照データ。
- オメガエンジニアリング。RTD (測温抵抗体) リファレンス ガイド。
- フルーク株式会社校正: 実践における哲学 - 抵抗温度測定。
