PT100 gir presis temperaturmåling i industrien

Når industrielle prosesser krever nøyaktig, stabil og repeterbar temperaturmåling, er PT100 ofte et naturlig valg. Følertypen brukes blant annet i matproduksjon, tekniske anlegg, skipsbygging, offshoreinstallasjoner og generell prosessindustri. Måleverdiene kan inngå i reguleringssløyfer, overvåkingssystemer, alarmer og dokumentasjon av kritiske prosessforhold.

Temperaturområdet er imidlertid bare ett av flere kriterier som må vurderes. En temperaturføler for industri skal også passe til prosessmediet, installasjonsstedet og kontrollsystemet. Nøyaktighetsklasse, responstid, materialvalg, innstikkslengde, prosesstilkobling, kabling og signalbehandling påvirker den samlede måleytelsen.

Selve termometeret eller instrumentet er bare én del av temperaturmålingen. Like viktig er føleren som registrerer temperaturen i mediet eller objektet. ETI produserer følere for en rekke måleoppgaver, inkludert PT100-temperaturfølere med produktnummer 160-XXX.

Hva er en PT100-føler?

PT100 er en resistiv temperaturdetektor, ofte omtalt som en RTD-føler. «Pt» viser til at måleelementet er laget av platina, mens «100» angir en nominell motstand på 100 ohm ved 0 °C. Når temperaturen endres, forandres den elektriske motstanden etter en definert og forutsigbar kurve.

Et måleinstrument, en temperaturtransmitter eller en kompatibel inngang i kontrollsystemet registrerer motstanden og omregner den til en temperaturverdi. Platina har stabile elektriske egenskaper og gir god repeterbarhet over tid. Derfor er PT100 særlig godt egnet i prosesser der små temperaturavvik kan påvirke produktkvalitet, energiforbruk eller driftssikkerhet.

Måleelementet bygges vanligvis inn i en konstruksjon som beskytter det mot prosessmediet og ytre belastninger. En komplett løsning kan bestå av sensorelement, beskyttelsesrør, følerlomme, prosesstilkobling, koblingshode og transmitter. Måleresultatet avhenger dermed av hele installasjonen, ikke bare av platinaelementet.

PT100 eller termoelement?

PT100 registrerer temperatur gjennom endringer i elektrisk motstand. Et termoelement fungerer på en annen måte og genererer en liten elektrisk spenning når forbindelsen mellom to ulike metaller påvirkes av temperaturen. Teknologiene krever forskjellig signalbehandling og har ulike bruksområder.

PT100 velges ofte når høy nøyaktighet og langsiktig stabilitet er viktig ved lave eller moderate temperaturer. Termoelementer kan være bedre egnet ved svært høye temperaturer, kraftige temperatursvingninger eller behov for svært rask respons. Valget bør derfor baseres på det reelle arbeidsområdet, ønsket måleusikkerhet, responstid og miljøbelastning.

Nøyaktighet for ulike følertyper

PT100-følerne fra ETI produseres med klasse A-elementer i henhold til IEC 60751 (2008). Den oppgitte spesifikasjonen er ±0,15 °C ±0,2 % i området fra −200 til +600 °C. Den faktiske måleusikkerheten påvirkes i tillegg av instrumentet, kablingen, plasseringen og den termiske kontakten med prosessen.

ETIs termopar type K produseres med klasse 1-termoparkabel i henhold til BS EN 60584-1:2013. Spesifikasjonen er ±1,5 °C mellom −40 og +375 °C og ±0,4 % mellom +375 og +1000 °C. Utvalgte type K-følere har en oppgitt nøyaktighet på ±0,5 °C mellom 0 og +100 °C.

Termopar type T produseres etter samme standard og har en spesifikasjon på ±0,5 °C mellom −40 og +125 °C og ±0,4 % mellom +125 og +400 °C. Enkelte type T-følere er oppgitt med ±0,2 °C mellom −20 og +70 °C. ETIs NTC-termistorfølere har oppgitte toleranser på ±0,4 °C mellom −20 og +100 °C, ±0,2 °C mellom 0 og +70 °C og ±0,3 °C mellom −10 og 0 °C.

Forskjellene viser hvorfor følertype må velges ut fra både temperaturområde og nødvendig nøyaktighet. En sensor med gode laboratoriedata gir ikke nødvendigvis den beste målingen dersom den ikke passer til installasjonen.

Hvorfor PT100 brukes i industrielle prosesser

Presise temperaturdata gir kontrollsystemet et bedre grunnlag for å regulere varme, kjøling, ventiler og gjennomstrømning. Når målingen er stabil og representativ, kan prosessen holdes nær ønsket settpunkt med færre svingninger. Det kan bidra til jevnere produktkvalitet, lavere energiforbruk og mer forutsigbar drift.

Ustabile eller unøyaktige målinger kan føre til feil regulering, falske alarmer og unødvendige driftsavbrudd. Dersom kontrollsystemet registrerer en temperatur som avviker fra den reelle verdien, kan det kompensere i feil retning. I kritiske prosesser kan dette påvirke både råvarer, utstyr og sikkerhet.

PT100 kan monteres i rør, tanker, kanaler, maskiner og produksjonsutstyr. Direkte kontakt med mediet gir vanligvis rask respons, mens en følerlomme gir bedre mekanisk beskyttelse og gjør sensoren enklere å skifte. Riktig løsning avhenger blant annet av trykk, strømningshastighet, korrosjon og vedlikeholdsbehov.

To-, tre- eller firelederkobling

Temperaturen beregnes ut fra små endringer i elektrisk motstand. Derfor kan motstanden i kablene mellom PT100-elementet og måleinstrumentet påvirke resultatet. Koblingsmetoden bør tilpasses kabellengden, nøyaktighetskravet og egenskapene til instrumentinngangen.

Tolederkobling

En tolederkobling bruker de samme lederne til strømtilførsel og måling. Kabelmotstanden blir dermed en del av den registrerte totalmotstanden og kan skape et temperaturavvik. Løsningen kan være tilstrekkelig ved korte kabelstrekk og moderate krav, men er mindre egnet når høy presisjon er nødvendig.

Trelederkobling

Trelederkobling er vanlig i industrielle installasjoner fordi den gir en god kombinasjon av nøyaktighet og enkel montering. En kompatibel instrumentinngang kan kompensere for mesteparten av ledningsmotstanden, forutsatt at lederne har omtrent samme lengde, motstand og temperaturpåvirkning.

Korrekt kabeldimensjon og gode tilkoblinger er avgjørende. Skadde terminaler, dårlige forbindelser eller ulike lederlengder kan redusere effekten av kompensasjonen og føre til måleavvik.

Firelederkobling

I en firelederkobling holdes strømtilførselen og spenningsmålingen atskilt. Dermed kan målesystemet i stor grad eliminere påvirkningen fra kabelmotstanden. Metoden brukes gjerne ved referansemålinger, i laboratorier og i industrielle prosesser med strenge krav til samlet måleusikkerhet.

Direkte tilkobling eller temperaturtransmitter

En PT100 kan kobles direkte til en RTD-inngang i en PLS, regulator eller indikator. Dette er ofte en enkel løsning når kabelstrekket er kort og inngangen støtter den aktuelle lederkoblingen. Instrumentet må samtidig være konfigurert for riktig sensortype og måleområde.

Ved lange kabelstrekk, elektrisk støy eller behov for lokal diagnostikk kan en temperaturtransmitter monteres nær sensoren, ofte i koblingshodet. Transmitteren omformer motstandsverdien til et standardisert signal som sendes videre til kontrollsystemet.

En transmitter kan forenkle integrasjonen, men blir samtidig en del av målekjeden og den samlede måleusikkerheten. Sensor, transmitter, kabling og mottakende inngang må derfor spesifiseres og konfigureres som ett system.

Viktige kriterier ved valg av PT100

Temperaturområde og måleusikkerhet

Kartlegg normal driftstemperatur samt de høyeste og laveste temperaturene installasjonen kan utsettes for. Oppstart, rengjøring, sterilisering og prosessfeil kan gi større belastninger enn ordinær drift. Alle komponentene i målekjeden må tåle hele det reelle temperaturområdet.

Nøyaktighetskravet bør defineres for den komplette målingen. Elementets toleranse er bare én del av bildet. Ledningsmotstand, transmitter, instrumentinngang, plassering og varmeledning påvirker også sluttresultatet.

Responstid og mekanisk beskyttelse

Responstiden beskriver hvor raskt sensoren reagerer på en temperaturendring. For ETIs produkter angis tiden det tar før sensoren når 66,6 % av den endelige avlesningen. Som en praktisk tommelfingerregel kan det kreves omtrent fem ganger den oppgitte responstiden før målingen har stabilisert seg nær sluttverdien.

Verdiene i ETIs datablad og kataloger er basert på testing i et oljebad med bevegelse. Responsen kan derfor være annerledes i en tank, et rør, luft, gass eller et fast materiale. Strømningsforholdene har særlig stor betydning ved måling i væske og gass.

En tynn sensor reagerer vanligvis raskere enn en kraftig konstruksjon, men tåler ofte mindre vibrasjon, bøying og mekanisk påvirkning. En robust føler eller følerlomme gir bedre beskyttelse, men øker normalt responstiden fordi varmen må passere flere materiallag.

Materialer og prosessmedium

Materialene som er i kontakt med prosessen, må tåle temperatur, trykk, kjemisk påvirkning og erosjon. Rustfritt stål fungerer i mange miljøer, men er ikke nødvendigvis egnet for alle kjemikalier eller sjøvannsinstallasjoner. Forventet levetid og materialkompatibilitet bør avklares før bestilling.

I hygieniske prosesser må man også vurdere overflate, tetninger, prosesstilkobling og rengjøringsmetode. En føler som egner seg for et lukket vannsystem, er ikke automatisk riktig for matproduksjon eller aggressive kjemiske prosesser.

Innstikkslengde og plassering

Føleren må plasseres slik at den registrerer en representativ temperatur. For kort innstikkslengde kan gjøre at målingen påvirkes av rørveggen, omgivelsesluften eller varmeledning gjennom prosesstilkoblingen. Samtidig må sensoren ikke skape unødvendig trykktap eller utsettes for uakseptabel mekanisk belastning.

Lokale temperaturforskjeller må også tas med i vurderingen. En sensor nær et varmeelement, en kjøleflate eller et innløp kan vise en temperatur som ikke representerer resten av prosessen.

Montering med eller uten følerlomme

Direkte montering gir ofte raskest respons fordi sensoren står i umiddelbar kontakt med mediet. Ulempen er at den utsettes direkte for trykk, korrosjon, strømning og mekaniske belastninger. Utskifting kan dessuten kreve at prosessen stoppes og trykkavlastes.

En følerlomme gjør det mulig å ta ut sensoren uten å åpne prosessen. Det forenkler kontroll, kalibrering og utskifting, særlig i kontinuerlige anlegg. Følerlommen må imidlertid dimensjoneres for trykk, temperatur, materialbelastning og strømningsinduserte vibrasjoner.

God termisk kontakt mellom sensor og lomme er avgjørende. Luftspalter, feil dimensjon eller utilstrekkelig innstikksdybde kan gi en langsom og mindre representativ måling. Prosesstilkoblingen må dessuten passe til anleggets gjenger, flenser eller hygieniske koblinger.

Vanlige bruksområder i industrien

I mat- og drikkevareindustrien brukes PT100 til overvåking av væsker, tanker, lagring og ulike produksjonstrinn. Temperatur kan være avgjørende for ensartet kvalitet og dokumenterte prosessforhold. Hygienisk utforming, rask respons og enkel rengjøring er derfor ofte sentrale krav.

I generell industri og tekniske anlegg brukes følertypen i varme- og kjølekretser, vannsystemer, rørledninger, maskiner og ventilasjonsanlegg. Måleverdien kan brukes til kontinuerlig regulering eller til å utløse alarmer ved kritiske temperaturgrenser.

På skip og offshoreinstallasjoner kan PT100 overvåke motorer, lager, smøreolje, kjølesystemer og annet viktig utstyr. Vibrasjon, fuktighet, salt, lange kabelstrekk og begrenset serviceadgang stiller ekstra krav til både mekanisk konstruksjon og signaloverføring.

Kalibrering, vedlikehold og feilsøking

En PT100 kan over tid påvirkes av aldring, mekaniske belastninger, fuktinntrengning og endringer i tilkoblingene. Feil viser seg ikke alltid som et tydelig signalbrudd. Gradvis drift kan gi stabile, men feilaktige verdier som kontrollsystemet ikke oppfatter som unormale.

Kalibreringsintervallet bør bestemmes ut fra prosessens kritikalitet, belastningen på sensoren og tidligere kontrollresultater. Målepunkter som er viktige for sikkerhet eller produktkvalitet, kan kreve hyppigere kontroll enn sensorer som bare gir veiledende driftsinformasjon.

Når det er praktisk mulig, bør hele målekjeden kontrolleres. En isolert test av sensorelementet avdekker ikke nødvendigvis feil i kabler, terminaler, transmittere eller styresystemets inngang.

Ustabile eller urealistiske verdier kan skyldes dårlig kontakt, jordsløyfer, elektrisk støy, kabelskade eller feil konfigurasjon. Dersom signalet er stabilt, men avviker fra forventet temperatur, bør plassering, innstikksdybde og termisk kontakt undersøkes. Avleiringer på følerlommen eller endrede strømningsforhold kan også påvirke målingen. Sammenligning med et sporbart referanseinstrument kan avklare hvor avviket oppstår.

En komplett PT100-løsning gir tryggere målinger

PT100 gir et godt grunnlag for presis og stabil temperaturmåling når føleren er riktig valgt, montert og konfigurert. Den beste løsningen tar hensyn til temperatur, medium, responstid, mekanisk belastning, innstikkslengde, lederkobling og signalbehandling. Serviceadgang og kalibreringsrutiner bør også planlegges før anlegget settes i drift.

Ved å behandle sensoren, prosesstilkoblingen, kablingen og instrumenteringen som én samlet målekjede blir det enklere å oppnå pålitelig regulering og redusere risikoen for driftsavbrudd. Se nærmere på PT100-temperaturfølere med produktnummer 160-XXX for tilgjengelige utførelser, temperaturområder og dimensjoner. Ved usikkerhet bør medium, prosessforhold og installasjon gjennomgås før bestilling.