Termometru cu Termorezistență PT100

1. Generalităţi

În ceea ce priveşte temperatura, mărime ce este cunoscută omului prin simţul tactil de foarte multă vreme, posibilitatea măsurării a survenit abia în secolul 18 când au fost propuse diferite scale de măsurare legate, în general, de schimbări produse de temperatură asupra corpurilor. Dificultatea a constat în faptul că temperatura este mărime non-aditivă. Adică două temperaturi nu pot fi adunate sau scăzute cum se poate face cu alte mărimi cum ar fi masa, lungimea sau timpul. Două corpuri aflate la aceeaşi temperatură, puse în contact rămân la aceeaşi temperatură iar dacă au temperaturi diferite, temperatura rezultată va avea o valoare intermediară ce se poate calcula cu legile termodinamicii.

Mai întâi au fost utilizate pentru măsurarea temperaturii modificarea proprietăţilor mecanice ale corpurilor cum ar fi lungimea. Au fost astfel realizate termometrele cu lichid (alcool, mercur etc.). Pentru definirea unităţii s-au ales ca referinţă punctele fixe de solidificare şi vaporizare a apei (scara Celsius) care s-au notat cu 0 respectiv 100, rezultând gradul centigrad care a devenit scara cea mai folosită. Mai târziu s-a adoptat ca referinţă punctul triplu al apei propus de Kelvin şi definit pe baze termodinamice. În 1927 s-a propus şi acceptat Scara Practică Internaţională de Temperaturi (International Practical Temperature Scale) revizuită de mai multe ori (1948, 1955, 1960, 1968) care introduce şi alte puncte fixe ca referinţă pentru diferite domenii de temperatură cum ar fi: punctul de lichefiere al oxigenului (-182,962C9, punctul de solidificare al zincului (419,58C), punctul de solidificare al aurului (1064,43C) etc. care permit o mai bună trasabilitate a unităţii de măsură şi etalonarea mai exactă a mijloacelor de măsurare.

În secolul trecut s-au descoperit dependenţa unor fenomene electrice de temperatură cum ar fi rezistenţa electrică a metalelor, termocuplul, frecvenţa de rezonanţă a cuarţului etc., care au permis şi transmiterea informaţiei la distanţă.

Temperatura se măsoară pe cale electrică utilizând un traductor primar care o converteşte într-un parametru electric (rezistenţă, frecvenţă) sau mărime electrică dependentă de temperatură (tensiune) şi o schemă electrică adecvată.

Se mai utilizează şi legile radiaţiei pentru măsurarea temperaturilor înalte din metalurgie în special. Astfel se utilizează legile radiaţiei în aparate numite pirometre sau termometre fără contact.

Fig.1. Scări temperatură

Orice metal îşi modifică rezistivitatea electrică cu variaţia temperaturii () după o funcţie ce poate fi asemănată unei serii Taylor:

Pentru intervale mai reduse de temperatură, coeficienţii , ..., ai funcţiei pot fi consideraţi constanţi şi de obicei nivelele de precizie în majoritatea aplicaţiilor permit neglijarea termenilor superiori ai seriei, astfel că relaţia cea mai utilizată de dependenţă a rezistenţei de variaţia temperaturii este:

în care : R - valoarea rezistenţei la temperatura 

R0 - valoarea rezistenţei la temperatura 0

-- coeficientul constant dat în tabele pentru diferite metale pe intervale de temperatură apropiate de 0C.

Termorezistenţele sunt realizate sub forma unui fir cu diametrul de 0,020,06 mm de lungime cuprinsă între 550 cm, bobinat bifilar (neinductiv) pe un suport izolant (textolit, steatit, mică, sticlă dură, porţelan) potrivit ales în funcţie de temperatura de lucru.

El este introdus într-un tub de protecţie din porţelan sau oţel inoxidabil (după mediul în care se introduce) având o flanşă de fixare cu filet sau şuruburi.

Valorile nominale ale termorezistenţelor la 0C sunt în general de 25, 50, 100 şi admit un curent maxim de 510 mA, au o constantă de timp de  = 100ms10min, cu precizii de 0,05 1%.

Pentru utilizare, termorezistenţele au scoase în cutia de borne, trei fire, două de la un capăt şi unul de la celălalt al firului rezistiv.

Cu ajutorul lor se poate măsura temperatura sau, indirect, o serie de alte mărimi neelectrice (cantitate de căldură, viteza fluidelor, presiuni scăzute etc.).

Variaţia rezistenţei electrice cu temperatura provine din variaţia conductivităţii cu temperatura, mult mai importantă decât variaţia termică a dimensiunilor. Materialele metalice ce se pot utiliza fac parte, în general, din grupa a VIII-a din tabelul lui Mendeleev: platina, sau nichelul. Dintre proprietăţile specifice ale acestor materiale se pot aminti:

- Platina (Pt): permite utilizarea într-un interval larg de temperatură (-200...1000°C), este stabilă din punct de vedere electric, prezintă rezistenţă la coroziune, diametrul este cuprins între 0,05 şi 0,1 mm şi nu prezintă modificări cristaline la nivel atomic;

- Nichelul (Ni): are cel mai ridicat coeficient de variaţie a rezistivităţii cu temperatura dintre toate metalele utilizate pentru construcţia de senzori termorezistivi, este relativ rezistent la coroziune şi oxidare, se foloseşte la temperaturi până la 180°C, la temperaturi mai mari de 350°C modificându-se legea de dependenţă rezistenţă-temperatură.