Bir fırının, bir pişirme kazanının ya da bir hidrolik yağ tankının sıcaklığı PLC ekranında görünüyorsa, ölçümü yapan sensör çoğu zaman bir PT100‘dür. Endüstride orta sıcaklık aralığında en yaygın kullanılan hassas sıcaklık sensörüdür. Bu yazıda PT100’ün nasıl çalıştığını, neden 2, 3 veya 4 telli bağlandığını, doğruluk sınıflarını, PLC’ye nasıl okutulduğunu ve en sık görülen arızalarını anlatıyoruz.
Bu yazıda (10 başlık)
PT100 ne demek?
PT100, sıcaklıkla direnci değişen platin bir eleman kullanan direnç termometresidir. İngilizce kısaltmasıyla RTD (Resistance Temperature Detector) olarak da anılır. Adındaki “PT” platini, “100” ise elemanın 0 °C’deki direncinin 100 Ω olduğunu gösterir. Endüstriyel platin direnç termometreleri IEC 60751 standardına göre üretilir; bu standart direnç ile sıcaklık arasındaki ilişkiyi ve doğruluk sınıflarını tanımlar.
PT100 nasıl çalışır?
Platinin elektrik direnci sıcaklık arttıkça düzenli ve tekrarlanabilir biçimde artar. Ölçüm cihazı elemandan küçük bir sabit akım geçirir, eleman üzerindeki gerilimi ölçer ve buradan direnci, dirençten de sıcaklığı hesaplar.
IEC 60751’deki endüstriyel PT100’lerde sıcaklık katsayısı (alfa) 0,00385 Ω/Ω/°C‘dir. Bu, 0 ile 100 °C arasında direncin ortalama olarak her derece için yaklaşık 0,385 Ω arttığı anlamına gelir: 0 °C’de 100 Ω olan eleman 100 °C’de yaklaşık 138,5 Ω gösterir. İlişki tam doğrusal değildir; ölçüm cihazları standarttaki denklemi veya tabloları kullanarak dönüşümü yapar.
Eleman iki ana yapıda üretilir:
- Tel sargılı: İnce platin tel seramik veya cam bir gövdeye sarılır. Daha geniş sıcaklık aralığında kullanılabilir.
- İnce film: Platin, seramik bir alt tabaka üzerine ince bir tabaka olarak kaplanır. Daha küçük, daha ucuz ve titreşime dayanıklıdır; ancak geçerli sıcaklık aralığı daha dardır.
2, 3 ve 4 telli bağlantı
PT100 bir dirençtir; elemanı ölçüm cihazına bağlayan kabloların da direnci vardır. Bu kablo direnci ölçüme karışırsa sensör olduğundan daha sıcak görünür. Bağlantı tipinin önemi buradan gelir.
- 2 telli: Kablo direnci doğrudan ölçülen dirence eklenir. Örneğin gidiş ve dönüş toplamı 1 Ω olan bir kablo, yaklaşık 0,385 Ω/°C’lik eğimle yaklaşık 2,6 °C’lik hata demektir. Yalnızca çok kısa kablolarda veya hassasiyetin önemsiz olduğu yerlerde kullanılmalıdır.
- 3 telli: Sanayide en yaygın bağlantıdır. Cihaz, üçüncü tel üzerinden kablo direncini ölçer ve hesaptan düşer. Bu yöntem, üç telin direncinin birbirine eşit olduğunu varsayar; bu yüzden üç tel aynı kesit, aynı malzeme ve aynı uzunlukta olmalı, ara klemenslerde gevşek bağlantı bulunmamalıdır.
- 4 telli: İki tel elemana akım verir, diğer iki tel gerilimi ölçer. Gerilim ölçen hatlardan pratikte akım geçmediği için kablo direnci ölçümü etkilemez. Laboratuvar, kalibrasyon ve en yüksek doğruluk istenen uygulamalarda tercih edilir.
Sensör, kablo ve ölçüm kartı aynı bağlantı tipine göre seçilmeli ve ayarlanmalıdır. 4 telli bir sensörü 3 telli kullanmak mümkündür (bir tel boşta bırakılır), ancak 2 telli bir sensörden 3 telli doğruluk beklenemez.
PT100 doğruluk sınıfları
IEC 60751, PT100’ün izin verilen sapmasını sınıflarla tanımlar. Formüllerde t, ölçülen sıcaklığın işaretsiz değeridir (°C):
| Sınıf | Tolerans (°C) | 0 °C’de | 100 °C’de | ||
|---|---|---|---|---|---|
| AA | ±(0,1 + 0,0017·\ | t\ | ) | ±0,1 °C | ±0,27 °C |
| A | ±(0,15 + 0,002·\ | t\ | ) | ±0,15 °C | ±0,35 °C |
| B | ±(0,3 + 0,005·\ | t\ | ) | ±0,3 °C | ±0,8 °C |
| C | ±(0,6 + 0,01·\ | t\ | ) | ±0,6 °C | ±1,6 °C |
Her sınıfın geçerli olduğu sıcaklık aralığı, elemanın tel sargılı mı ince film mi olduğuna göre değişir. Örneğin A sınıfı tel sargılı elemanlarda yaklaşık −100 ile +450 °C, ince film elemanlarda −30 ile +300 °C arasında geçerlidir. Bu aralığın dışında o sınıfın toleransı garanti edilmez. Kesin değerler için üreticinin veri sayfasına bakılmalıdır.
Sınıf yalnızca sensör elemanının toleransıdır. Toplam ölçüm hatasına kablo direnci, transmitter veya kart hatası ve montaj (ısıl temas, daldırma derinliği) da eklenir.
PT100 ile PT1000 farkı
PT1000 aynı prensiple çalışır; tek fark 0 °C’deki direncinin 1000 Ω olmasıdır. Direnç değişimi de on kat büyük olduğu için aynı kablo direnci PT1000’de on kat daha az sıcaklık hatası yaratır. Bu yüzden PT1000, 2 telli bağlantıda ve pille çalışan, düşük akımlı cihazlarda avantajlıdır. Endüstriyel PLC kartlarının ve transmitterlerin büyük kısmı her ikisini de destekler, ancak kartta sensör tipi doğru seçilmelidir; PT1000’i PT100 olarak okutmak çok yüksek ve anlamsız bir değer verir.
Transmitter ve PLC’ye bağlantı
PT100’ü PLC’ye iki yolla bağlamak mümkündür:
Kafa tipi transmitter ile
Sensörün bağlantı kafasına takılan küçük bir transmitter, direnci 4-20 mA sinyale çevirir. Böylece uzun kablolarda kablo direnci sorunu ortadan kalkar ve sinyal sıradan bir analog girişe okutulur. Transmitterin ölçüm aralığı (ör. 0-150 °C) ayarlanır ve PLC’de aynı aralıkla ölçekleme yapılır. Ayrıntılar: 4-20 mA nedir.
PLC RTD giriş kartı ile
Sensör doğrudan PLC’nin RTD giriş kartına bağlanır. Örneğin Siemens S7-1200’de bu iş için SM 1231 RTD modülü kullanılır. Kart ayarlarında sensör tipi (PT100, PT1000 vb.), bağlantı tipi (2, 3 veya 4 telli) ve birim seçilir; kablolamanın bu ayarla aynı olması gerekir. Kart sıcaklığı doğrudan sıcaklık değeri olarak verir (S7-1200 RTD modülünde 0,1 °C adımlı bir tam sayı; ör. 235 = 23,5 °C), bu yüzden 4-20 mA’deki gibi ham değer ölçeklemesi gerekmez. PLC tarafı için: PLC nedir.
Ölçülen sıcaklığı bir ayar değerinde tutmak, örneğin bir fırını veya kazanı ısıtıcı ile kontrol etmek için genellikle PID kontrol kullanılır: PID kontrol nedir.
PT100 ile termokupl karşılaştırması
| PT100 | Termokupl | |
|---|---|---|
| Ölçüm prensibi | Direnç değişimi | Isıl gerilim (Seebeck etkisi) |
| Tipik kullanım aralığı | Orta sıcaklıklar (standart −200 ile +850 °C arasını tanımlar) | Tipine göre çok yüksek sıcaklıklara kadar |
| Doğruluk ve kararlılık | Daha yüksek | Daha düşük, zamanla kayabilir |
| Tepki süresi | Genellikle daha yavaş | İnce uçlularda hızlı |
| Kablo | Bakır kablo, 3 veya 4 telli | Tipine uygun dengeleme/uzatma kablosu |
| Soğuk uç kompanzasyonu | Gerekmez | Gerekir |
Termokupl hakkında ayrıntılar: termokupl nedir.
Sık görülen PT100 arızaları
- Ölçüm, aralığın üst sınırında veya çok yüksek: Sensör veya kablo kopuk (açık devre). PLC kartları bu durumda genellikle taşma veya tel kopuk hatası verir.
- Ölçüm, aralığın alt sınırında veya çok düşük: Kısa devre. Nem almış bir bağlantı kafası veya ezilmiş kablo en sık nedendir.
- Değer birkaç derece yüksek: 2 telli bağlantıda kablo direnci, 3 telli bağlantıda eşit olmayan tel dirençleri veya oksitlenmiş, gevşek klemens.
- Yanlış bağlantı tipi: Kartta 3 telli seçilip sensör 2 telli bağlanmışsa (veya tersi) değer sabit bir miktar kayık ya da hatalı olur.
- Yanlış sensör tipi seçimi: PT1000 sensör PT100 olarak ayarlanmışsa veya tersi, okunan değer tamamen anlamsızdır.
- Değer dalgalanıyor: Kablo motor ve sürücü kablolarıyla aynı kanalda, ekran topraklaması yok veya transmitter beslemesi sorunlu.
- Değer gerçek sıcaklığı geç takip ediyor: Kılıf içine yeterince daldırılmamış, termowell içinde hava boşluğu var.
Arızayı ayırmanın pratik yolu, sensörü karttan ayırıp uçlarındaki direnci ölçmektir. 20-25 °C ortam sıcaklığında yaklaşık 108-110 Ω gibi makul bir değer okunuyorsa eleman büyük ihtimalle sağlamdır ve sorun kablo, bağlantı veya kart ayarındadır.
Sıkça Sorulan Sorular
PT100 ne işe yarar?
PT100, platin elemanının direnç değişiminden sıcaklığı ölçen bir sensördür. Fırın, kazan, tank, hidrolik yağ ve proses hatlarında orta sıcaklıkların hassas ölçümünde kullanılır. Sinyali PLC’ye doğrudan RTD kartıyla veya 4-20 mA transmitter üzerinden okutulur.
PT100 0 derecede kaç ohm olmalıdır?
IEC 60751’e göre PT100’ün 0 °C’deki direnci 100 Ω’dur. Sıcaklık arttıkça direnç artar ve 100 °C’de yaklaşık 138,5 Ω olur. Oda sıcaklığında (20-25 °C) ölçülen değer yaklaşık 108-110 Ω’dur.
PT100 3 telli mi 4 telli mi bağlanmalı?
Sanayide en yaygın bağlantı 3 tellidir ve çoğu uygulama için yeterlidir; kablo direncini eşit tel dirençleri varsayımıyla dengeler. En yüksek doğruluk istenen ölçümlerde 4 telli bağlantı tercih edilir. 2 telli bağlantı yalnızca çok kısa kablolarda kabul edilebilir.
PT100 ile PT1000 arasındaki fark nedir?
İkisi de platin direnç termometresidir; PT100 0 °C’de 100 Ω, PT1000 ise 1000 Ω’dur. PT1000’de kablo direncinin yarattığı hata on kat daha azdır. Ölçüm kartında sensör tipinin doğru seçilmesi gerekir.
PT100 bozuk mu nasıl anlaşılır?
Sensör karttan ayrılıp uçları arasındaki direnç multimetreyle ölçülür. Sonsuz direnç kopukluğu, sıfıra yakın direnç kısa devreyi gösterir. Ortam sıcaklığına uygun bir direnç okunuyorsa sorun büyük ihtimalle kablo, klemens veya kart ayarındadır.
Eskişehir’de sıcaklık ölçüm desteği
AveA Otomasyon olarak Eskişehir ve çevre illerdeki tesislerde PT100 ve termokupl seçimi, transmitter ve PLC kart bağlantıları, sıcaklık kontrol döngülerinin ayarı ve ölçüm arızalarının tespitini yapıyoruz. Ayrıntılar: ısıl işlem ve endüstriyel fırın otomasyonu, PLC programlama hizmeti ve makine ve otomasyon arıza servisi. Bize 0533 454 52 32 numarasından ulaşabilirsiniz; mesai dışında da arayabilirsiniz.