ما هو حساس درجة الحرارة؟
يتكون حساس درجة الحرارة الصناعي من عنصر استشعار داخل غمد معدني واقٍ، وأسلاك توصل هذا العنصر بالدائرة الخارجية، ومهايئ تركيب يثبّت الحساس على العملية أو على رأس توصيل. وتسود في منشآت العمليات تقنيتان: كواشف درجة الحرارة المقاومة (RTD) والمزدوجات الحرارية. في حساس RTD ترتفع المقاومة الكهربائية لعنصر من البلاتين مع ارتفاع درجة الحرارة، وتُحسب درجة الحرارة من المقاومة المقاسة. أما في المزدوج الحراري فيُوصل معدنان مختلفان عند وصلة قياس، ويولّد فرق درجة الحرارة بين هذه الوصلة ووصلة مرجعية جهدًا صغيرًا.
لا يعمل الحساس منفردًا في سلسلة القياس. ففي أغلب التركيبات يحميه غلاف حراري من قوى التدفق والضغط والأوساط المسببة للتآكل، بينما يتولى جهاز إرسال درجة الحرارة أو بطاقة إدخال في نظام التحكم تحويل إشارته الأولية إلى علاقة خطية ثم إلى وحدات هندسية. لذلك يجب النظر في اختيار الحساس مع قطر تجويف الغلاف الحراري وطوله، ونوع مدخل جهاز الإرسال، وتصميم رأس التوصيل.
المعايير الحاسمة في الاختيار هي نطاق القياس، وفئة التفاوت المطلوبة، ومستوى الاهتزاز والصدمات الميكانيكية، وزمن الاستجابة اللازم، وتصنيف المنطقة الخطرة في موضع التركيب. وكقاعدة عامة، تُفضَّل حساسات RTD حتى 600 °C حيث تهم الدقة العالية والاستقرار طويل الأمد، وتُختار المزدوجات الحرارية لدرجات الحرارة الأعلى أو حين تُطلب استجابة سريعة جدًا.
مبدأ عمل حساسات RTD والمزدوجات الحرارية
يستشعر كل من RTD والمزدوج الحراري درجة الحرارة عبر ظاهرة فيزيائية مختلفة، وهذا الاختلاف يحدد الدقة الممكنة وطريقة التوصيل معًا. ويمكن تلخيص سلسلة القياس في المراحل التالية:
1. تغيّر المقاومة في عنصر البلاتين: ترتفع مقاومة البلاتين مع ارتفاع درجة الحرارة، وتبقى هذه العلاقة مستقرة وقابلة للتكرار على نطاق واسع. ويُعرَّف منحنى المقاومة مقابل درجة الحرارة لعنصر Pt100 بمعامل حراري قدره α = 0.00385، وهو المنحنى الأوسع استخدامًا على المستوى الدولي.
2. تعويض مقاومة أسلاك التوصيل: في حساس RTD تشكّل أسلاك التوصيل جزءًا من دائرة القياس. في التوصيل ثلاثي الأسلاك يعوّض السلك الثالث مقاومة الأسلاك على افتراض تساوي مقاومات جميع الأسلاك. أما في التوصيل رباعي الأسلاك فيمر تيار ثابت يقارب 150 µA عبر سلكين، بينما تلتقط دائرة عالية المعاوقة الجهد عبر السلكين الآخرين، فلا تؤثر مقاومة الأسلاك في القراءة.
3. الجهد الكهروحراري الناتج عن تأثير سيبيك: في المزدوج الحراري يُوصل معدنان مختلفان عند نقطة القياس (الوصلة الساخنة)، فيتولد جهد غير خطي يتناسب مع فرق درجة الحرارة بين الوصلة الساخنة ونقطة المرجع (الوصلة الباردة). ويعتمد مقدار هذا الجهد على زوج المعدنين، وهو الذي يحدد استبانة القياس.
4. مرجع الوصلة الباردة ومعالجة الإشارة: الوصلة الباردة هي جهاز الإرسال أو بطاقة الإدخال أو مكيّف الإشارة الذي يُقاس عنده الجهد؛ وتكون درجة حرارتها معلومة فيُعوَّض تأثيرها. ثم يحوّل جهاز الإرسال مقاومة RTD أو جهد المزدوج الحراري إلى درجة حرارة وفق المنحنى القياسي المعني أو وفق ثوابت خاصة بالحساس نفسه.
عناصر RTD ذات الغشاء الرقيق والسلك الملفوف
تتكون عناصر الغشاء الرقيق من نمط بلاتيني دقيق مترسّب على ركيزة خزفية، وهي أكثر تحملًا للاهتزاز والصدمات الميكانيكية. يعمل عنصر الغشاء الرقيق القياسي في النطاق من –50 إلى 450 °C، وعنصر الغشاء الرقيق لدرجات الحرارة العالية من –60 إلى 600 °C. أما في عناصر السلك الملفوف فيُلف سلك بلاتيني عالي النقاء على شكل حلزون داخل جسم خزفي؛ وبنطاق يمتد من –196 إلى 600 °C تناسب هذه العناصر التطبيقات منخفضة الحرارة دون –60 °C والنقاط التي تتطلب تفاوتًا أضيق.
أنواع المزدوجات الحرارية وجو التشغيل
يتميز النوع E (نيكل-كروم/كونستانتان) بأعلى جهد خرج بين الأنواع الخمسة، بنحو 68 µV/°C، ويوصى به للأجواء المؤكسِدة أو الخاملة. ويُستخدم النوع J (حديد/كونستانتان) في الفراغ والأجواء المختزِلة والخاملة، ويصبح هشًّا دون 0 °C. أما النوع K (نيكل-كروم/نيكل-ألومنيوم) فمتعدد الأغراض، ويُستخدم غالبًا فوق 538 °C في الظروف المؤكسِدة أو المحايدة. ويوفّر النوع N (نيكل-كروم-سيليكون/نيكل-سيليكون) استقرارًا كهروحراريًا أعلى من النوع K، لكن لا يجوز استخدامه في الفراغ أو الأجواء المختزِلة. ويجمع النوع T (نحاس/كونستانتان) بين خطية جيدة ومقاومة للرطوبة في درجات الحرارة المنخفضة جدًا والمتوسطة.
توفّر حساسات RTD دقة أعلى واستقرارًا طويل الأمد، بينما توفّر المزدوجات الحرارية نطاقًا حراريًا أوسع وزمن استجابة أقصر. ويتحدد اختيار التقنية وفق درجة حرارة العملية، وما إذا كانت نقطة القياس مخصصة للتحكم أم للمراقبة.
الميزات الرئيسية
صُمّمت عائلة الحساسات بحيث يمكن تكييف منصة ميكانيكية واحدة مع نقاط عمليات شديدة التباين.
· قطر خارجي قياسي موحّد: تشترك جميع أنواع الحساسات وأطوالها في قطر خارجي اسمي قدره 6 mm (¼ بوصة)، ما يبسّط تخزين قطع الغيار ويسهّل مطابقة قطر تجويف الغلاف الحراري.
· ثلاثة تصاميم لعنصر Pt100: تشمل الخيارات عنصر غشاء رقيق مقاومًا للاهتزاز، وعنصر غشاء رقيق لدرجات الحرارة العالية، وعنصر سلك ملفوف يحافظ على تفاوت ضيق في درجات الحرارة المنخفضة.
· خمسة أنواع من المزدوجات الحرارية: تُورَّد المزدوجات الحرارية من الأنواع E وJ وK وN وT بغمد من الفولاذ المقاوم للصدأ 321 أو من سبيكة 600، بحسب نطاق القياس وجو التشغيل.
· اختيار فئة التفاوت: تتوفر حساسات RTD بفئة التفاوت A أو B وفق IEC 60751، والمزدوجات الحرارية بفئة التفاوت 1 أو 2 وفق IEC 60584، أو بالتفاوت الخاص أو القياسي وفق ASTM E230.
· عنصر مفرد أو مزدوج: تتيح حساسات RTD بعنصر مفرد ثلاثي أو رباعي الأسلاك، أو بعنصر مزدوج ثلاثي الأسلاك، إلى جانب المزدوجات الحرارية المفردة أو المزدوجة، المؤرَّضة أو غير المؤرَّضة (المعزولة)، إمكانية القياس الاحتياطي المكرر.
· تلامس دائم مع قاع الغلاف الحراري: تعتمد المهايئات النابضية على انضغاط للنابض قدره 13 mm، ويُصنع كل حساس بزيادة 6 mm على الطول المطلوب؛ فيُضغط طرفه على قاع الغلاف الحراري، ما يحسّن زمن الاستجابة والأداء تحت الاهتزاز.
· إحكام ثانوي بالمهايئ الملحوم: في المهايئ الملحوم تُلحم كبسولة الحساس بالمهايئ. تسمح هذه الوصلة بالغمر المباشر، وتشكّل عند التركيب داخل غلاف حراري إحكامًا ثانويًا للعملية بتصنيف 3500 psi.
· خيارات تمديد أسلاك التوصيل: تتيح تمديدات الأسلاك المجدولة، أو الكابلات المحمية الملفوفة بطبقة PTFE، أو الكابلات المدرعة بغلاف PVC/PTFE، إبعاد جهاز الإرسال عن مصادر الحرارة أو نقله إلى موضع يسهل الوصول إليه.
· المعايرة وثوابت CVD: يمكن توريد حساسات RTD مع معايرة للمقاومة عند نقطة واحدة، أو مع معايرة وشهادة تتضمن ثوابت Callendar-Van Dusen على نطاقات قياسية أو مخصصة.
· التعرف الآلي عبر بطاقة تعريف الحساس: تنقل بطاقة تعريف اختيارية مدمجة في الحساس بيانات المعايرة ونوع العنصر وعدد الأسلاك إلى جهاز إرسال متوافق، فتُستبعد أخطاء الإدخال اليدوي.
المواصفات الفنية
القيم أدناه بيانات نموذجية لعائلة حساسات RTD والمزدوجات الحرارية المعروضة في هذه الصفحة، ويجب تأكيد القيم النهائية في مرحلة المشروع وفق نوع العنصر وفئة التفاوت ومهايئ التركيب وخيار الاعتماد المختارة.
المعامل | البيانات الفنية |
أنواع الحساسات | RTD من نوع Pt100 (α = 0.00385)؛ مزدوجات حرارية من الأنواع E وJ وK وN وT |
نطاق قياس RTD | غشاء رقيق: من –50 إلى 450 °C · غشاء رقيق لدرجات الحرارة العالية: من –60 إلى 600 °C · سلك ملفوف: من –196 إلى 600 °C |
نطاق قياس المزدوج الحراري | E: من –40 إلى 816 °C · J: من –40 إلى 760 °C · K وN: من –40 إلى 1200 °C · T: من –196 إلى 370 °C |
تفاوت RTD (IEC 60751) | الفئة A (غشاء رقيق من 0 إلى 300 °C، سلك ملفوف من –100 إلى 450 °C) أو الفئة B؛ عند 0 °C: الفئة A ±0.15 °C والفئة B ±0.3 °C |
تفاوت المزدوج الحراري | IEC 60584 الفئة 1 أو الفئة 2 · ASTM E230 التفاوت الخاص أو القياسي |
تهيئة العنصر | RTD: عنصر مفرد ثلاثي أو رباعي الأسلاك، عنصر مزدوج ثلاثي الأسلاك · المزدوج الحراري: مفرد/مزدوج، مؤرَّض أو غير مؤرَّض (معزول) |
مادة الغمد | RTD: فولاذ مقاوم للصدأ 316 · E وJ وT: فولاذ مقاوم للصدأ 321 · K وN: سبيكة 600 |
القطر الخارجي الاسمي | 6 mm (¼ بوصة) |
طول الحساس | 0–2000 mm بزيادات قدرها 1 mm |
نوع التركيب | مهايئ نابضي، نابضي مدمج، نابضي بمؤشر تلامس، ملحوم، ملحوم مدمج؛ وصلة نابضية قابلة للضبط؛ وصلة ضغط NPT من ⅛ إلى ¾ بوصة؛ لوحة تركيب DIN؛ حساس فقط |
زمن الاستجابة (في ماء متدفق) | RTD: T50 = 8.5–9.15 s، T90 = 22.9–24.4 s · مزدوج حراري مؤرَّض: T50 = 1.9 s، T90 = 4.0 s · غير مؤرَّض: T50 = 2.8 s، T90 = 7.3 s |
الحد الأدنى لعمق الغمر | RTD: من 30 إلى 50 mm حسب نوع العنصر · المزدوج الحراري: 5 mm (مؤرَّض)، 10 mm (غير مؤرَّض) |
مقاومة العزل | 1000 MΩ كحد أدنى عند 500 VDC في درجة حرارة الغرفة |
مقاومة الاهتزاز (RTD) | غشاء رقيق: 3 g، سلك ملفوف: 1 g (20–500 Hz، 150 ساعة) |
رأس التوصيل | ألومنيوم أو فولاذ مقاوم للصدأ؛ IP66/68 وNEMA 4X؛ مدخل الكابل ½ بوصة NPT أو M20×1.5 أو ¾ بوصة NPT |
طول التمديد | 65–500 mm بزيادات قدرها 5 mm (نمط union أو ثابت أو DIN) |
المعايرة | مقاومة عند نقطة واحدة؛ معايرة نطاق مع ثوابت CVD (نطاق قياسي أو مخصص)؛ عدم يقين ±0.1 °C حتى 100 °C و±0.3 °C فوق ذلك |
المناطق الخطرة | خيارات ATEX وIECEx مقاومة للانفجار، وآمنة جوهريًا، وللمنطقة 2 (Zone 2)، ومحمية من الغبار؛ اعتمادات أمريكا الشمالية وEAC واعتمادات إقليمية أخرى (حسب التهيئة) |
يمثّل نطاق درجة الحرارة المذكور لكل نوع حساس نطاق العمل الكامل للعنصر، ولا تنطبق فئة التفاوت إلا ضمن النطاق المعرَّفة له. المهايئات المدمجة ليست مقاومة للانفجار، ولا تُستخدم في التهيئات المعتمدة لـ Division 2 / Zone 2.
المزايا الرئيسية
· التقنية المناسبة لكل نقطة: إتاحة خياري RTD والمزدوج الحراري على المنصة الميكانيكية نفسها تسمح بموازنة مدروسة بين الدقة ونطاق درجة الحرارة في كل نقطة قياس.
· دقة نظام قابلة للقياس: إدخال ثوابت CVD الخاصة بالحساس في جهاز الإرسال يستبدل المنحنى النظري بالمنحنى الفعلي للحساس، فتتحسن دقة نقطة القياس عادةً بمقدار ثلاثة إلى أربعة أضعاف.
· قياس احتياطي مكرر: تُبقي خيارات RTD والمزدوج الحراري ذات العنصر المزدوج النقاطَ الحرجة قيد القياس عند تعطل أحد العنصرين، وتتيح مراقبة الانحراف بين العنصرين.
· استبدال سهل للحساس: عند التركيب داخل غلاف حراري يمكن إخراج الحساس للمعايرة أو الاستبدال دون إيقاف العملية، ويضمن المهايئ النابضي استقرار الحساس الجديد على قاع الغلاف.
· ملاءمة لظروف المواقع الصعبة: تدعم عناصر الغشاء الرقيق المقاومة للاهتزاز وتمديدات الكابلات المدرعة ورؤوس التوصيل من الفولاذ المقاوم للصدأ التشغيلَ الموثوق في النقاط المهتزة أو المعرضة للتآكل أو صعبة الوصول.
· ألوان أسلاك موحّدة قياسيًا: تتبع ألوان أسلاك RTD معيار IEC 60751، وتتبع ألوان أسلاك المزدوجات الحرارية IEC 60584 أو ASTM E230، ما يقلل خطر أخطاء التوصيل في الموقع.
· توريد نقطة قياس متكاملة: يمكن توريد الحساس مجمّعًا مع الغلاف الحراري وجهاز الإرسال، جاهزًا للعملية بعد الشد بعزم محدد وإتمام التوصيل.
مجالات التطبيق
تُستخدم حساسات RTD والمزدوجات الحرارية أينما وجب قياس درجة الحرارة باستمرار وبموثوقية لأغراض مراقبة العمليات والتحكم فيها. وتلخص مجموعات التطبيق أدناه الحالات التي يكون فيها اختيار نوع العنصر أكثر تأثيرًا.
مراقبة العمليات وحلقات التحكم
في التحكم بدرجة حرارة المفاعلات والمبادلات الحرارية والأعمدة وخطوط الأنابيب، تُفضَّل عادةً حساسات Pt100 RTD لتفاوتها الضيق واستقرارها طويل الأمد. وفي الحلقات الحرجة توفر الحساسات ذات العنصر المزدوج قياسًا احتياطيًا.
القياس لأغراض نقل الملكية للسوائل والغازات
تُقدَّم الحساسات مع خيارات معايرة تستوفي متطلبات MID للقياس لأغراض نقل الملكية للسوائل والغازات، وتشترط هذه الخيارات توصيلًا رباعي الأسلاك وحدًا أدنى لطول الحساس. وتُستخدم لتعويض درجة الحرارة في قياس التدفق.
التطبيقات المبرِّدة ومنخفضة الحرارة
حتى –196 °C تُستخدم حساسات RTD ذات السلك الملفوف أو المزدوجات الحرارية من النوع T. وتتوفر خيارات لرأس التوصيل تناسب درجات حرارة محيطة تنخفض إلى –51 °C و–60 °C.
نقاط العمليات عالية الحرارة
فوق 600 °C تقيس المزدوجات الحرارية من النوعين K وN بغمد من سبيكة 600 حتى 1200 °C. ويجب حماية إلكترونيات جهاز الإرسال من حرارة العملية بوصلة تمديد أو بالتركيب عن بُعد.
الخطوط المعرّضة للاهتزاز
في النقاط المهتزة مثل مخارج المضخات والضواغط، تزيد عناصر RTD ذات الغشاء الرقيق والمهايئات النابضية التي تضغط الطرف على قاع الغلاف الحراري من المتانة الميكانيكية واستمرارية القياس.
المناطق الخطرة (المصنّفة)
رؤوس التوصيل المقاومة للانفجار وتهيئات الحساس الآمنة جوهريًا مخصصة للأجواء الغازية والغبارية المشمولة بـ ATEX وIECEx. ويُحدَّد نطاق الاعتماد بتقييم الحساس والرأس ومدخل الكابل معًا.
كيف تختار حساس درجة الحرارة
يحدد اختيار الحساس دقة نقطة القياس واحتياجات صيانتها معًا. وللتقييم الفني نوصي بتوضيح ما يلي:
ظروف العملية
· درجة حرارة العملية الدنيا والاعتيادية والقصوى (حدود نوع العنصر ومادة الغمد)
· جو العملية: مؤكسِد أو مختزِل أو خامل أو فراغ (لاختيار نوع المزدوج الحراري)
· مستوى الاهتزاز والصدمات الميكانيكية
· هل سيُستخدم غلاف حراري أم يلزم الغمر المباشر
الدقة وتهيئة العنصر
· فئة التفاوت المطلوبة (IEC 60751 الفئة A/B، أو IEC 60584 الفئة 1/2، أو ASTM E230)
· توصيل RTD ثلاثي أو رباعي الأسلاك؛ ويُفضَّل الرباعي لمسافات الكابلات الطويلة
· عنصر مفرد أو مزدوج (الحاجة إلى قياس احتياطي)
· وصلة المزدوج الحراري: مؤرَّضة (استجابة سريعة) أو غير مؤرَّضة (معزولة وأقل تأثرًا بالتشويش)
· الحاجة إلى شهادة معايرة ومطابقة الحساس مع جهاز الإرسال على أساس ثوابت CVD
التصميم الميكانيكي والتركيب
· طول العنق (H) وطول الغمر (U) للغلاف الحراري؛ وطول الحساس L = H + U
· نوع التركيب: نابضي أو ملحوم أو بوصلة ضغط أو بلوحة DIN
· طول التمديد أو تمديد الأسلاك لحماية الإلكترونيات من حرارة العملية
· للحساس البديل: الطول المقاس والنابض غير مضغوط
التوصيل الكهربائي والمناطق الخطرة
· مادة رأس التوصيل (ألومنيوم أو فولاذ مقاوم للصدأ)، والحاجة إلى غطاء بشاشة عرض، وقلاووظ مدخل الكابل
· جهاز إرسال مركّب في الرأس أو كتلة أطراف للتركيب عن بُعد
· تصنيف المنطقة ونوع الحماية المطلوب (مقاوم للانفجار، آمن جوهريًا، المنطقة 2، الغبار)
· الحد الأدنى لدرجة الحرارة المحيطة وخيار الرأس لدرجات الحرارة المنخفضة
لا تستوفي مجموعات الحساس مع جهاز الإرسال أو الحساس مع الغلاف الحراري المشدودة يدويًا فقط متطلبات اعتماد المناطق الخطرة؛ لذا ينبغي تحديد مجموعات جاهزة للعملية ومشدودة بعزم محدد لهذه المناطق. وللحفاظ على درجات الحماية من الغبار ودخول المواد، يجب تركيب الحساسات النابضية والحساسات بنمط DIN داخل غلاف حراري.
معايير التفاوت واعتمادات المناطق الخطرة
تُعرَّف خصائص الأداء والتفاوت والسلامة للحساسات بالمعايير والاعتمادات أدناه، ويتوقف النطاق المطبق على التهيئة المطلوبة.
المعيار / الاعتماد | النطاق والوصف |
IEC 60751 | تفاوتات الفئتين A وB وألوان الأسلاك واختبارات النوع لحساسات RTD البلاتينية؛ وتُجرى وفقه اختبارات مقاومة العزل وزمن الاستجابة والاستقرار والتخلف (الهسترة) والتسخين الذاتي وعمق الغمر والاهتزاز. |
IEC 60584 | تعريفات التفاوت للفئتين 1 و2 ورموز ألوان الأسلاك للمزدوجات الحرارية. |
ASTM E230 | تعريفات التفاوت الخاص والقياسي للمزدوجات الحرارية؛ ويبلغ نطاق الخطأ في التفاوت الخاص نحو نصف نظيره في التفاوت القياسي. |
IEC 61515 | اختبارات النوع والاختبارات الروتينية لحساسات المزدوجات الحرارية: مقاومة العزل وزمن الاستجابة وفحوص الاستمرارية والقطبية. |
IEC 60529 (IP 66/67/68) | اختُبرت المجموعات ذات تمديدات الأسلاك المحمية أو المدرعة وفق IP 66/67/68، وتحمل رؤوس التوصيل تصنيفي IP66/68 وNEMA 4X. |
ATEX وIECEx | تهيئات معتمدة للحماية المقاومة للانفجار (Ex db) والآمنة جوهريًا (Ex ia) وللمنطقة 2 (Zone 2) وللغبار (Ex tb). |
اعتمادات أمريكا الشمالية والاعتمادات الإقليمية | اعتمادات مقاومة الانفجار ومنع اشتعال الغبار والأمان الجوهري وDivision 2 للولايات المتحدة وكندا؛ وتتوفر EAC واعتمادات للبرازيل والصين واليابان وكوريا والهند بحسب الخيار. |
MID | خيارات معايرة وفق توجيه أدوات القياس الأوروبي للقياس لأغراض نقل الملكية للسوائل والغازات. |
يُحدَّد نطاق الاعتماد بتقييم الحساس ورأس التوصيل ومدخل الكابل ونوع التركيب معًا، ويجب تأكيده لكل مشروع مع الفريق الهندسي في TLY Enerji.
حلول TLY Enerji لحساسات درجة الحرارة
لا تتعامل TLY Enerji مع حساس درجة الحرارة كمكوّن منفصل، بل كجزء من منظومة تعمل مع الغلاف الحراري وجهاز الإرسال ونظام التحكم. يقيّم مهندسونا بيانات درجة حرارة العملية والجو والاهتزاز وتصنيف المنطقة للمفاضلة بين RTD والمزدوج الحراري، ولتحديد نوع العنصر وفئة التفاوت وطريقة توصيل الأسلاك.
وفي المنشآت القائمة نساعد على تحديد أطوال الحساسات البديلة، والتحقق من التوافق مع طولي العنق والغمر للغلاف الحراري، واختيار أطوال التمديد، ونقل ثوابت المعايرة الخاصة بالحساس إلى جهاز الإرسال. ومن خلال العمل مع فرق الموقع في إعداد وثائق المشروع والتكامل مع PLC/DCS والتشغيل التجريبي، نسعى إلى نقطة قياس تقدّم بيانات دقيقة وقابلة للتتبع منذ اليوم الأول. ويشمل هذا النهج أيضًا توحيد أنواع حساسات درجة الحرارة المستخدمة في الوحدات المختلفة وتنميط قطع الغيار.
الأسئلة الشائعة
ما الفرق بين RTD والمزدوج الحراري؟
يعمل RTD على مبدأ تغيّر مقاومة عنصر من البلاتين مع درجة الحرارة، ويوفّر دقة وقابلية تكرار واستقرارًا طويل الأمد أعلى؛ وتغطي حساسات RTD في هذه الصفحة النطاق من –196 إلى 600 °C. أما المزدوج الحراري فيستخدم الجهد الكهروحراري المتولد عند التقاء معدنين مختلفين، ويستطيع القياس حتى 1200 °C ويستجيب أسرع، خاصة في التصميم المؤرَّض. تُفضَّل حساسات RTD لنقاط التحكم والدقة العالية، والمزدوجات الحرارية لدرجات الحرارة العالية.
ماذا يعني Pt100؟
يشير Pt100 إلى حساس RTD بعنصر استشعار من البلاتين (Pt) مقاومته الاسمية 100 Ω عند 0 °C. وتُعرَّف علاقة المقاومة بدرجة الحرارة بمعامل حراري قدره α = 0.00385، وهو المنحنى الأوسع استخدامًا على المستوى الدولي. وتُصنع حساسات Pt100 بعنصر من نوع الغشاء الرقيق أو السلك الملفوف.
ما الفرق بين حساس RTD من فئة التفاوت A وفئة التفاوت B؟
الفئتان A وB تفاوتان للتبادلية معرَّفان في IEC 60751. فعند 0 °C مثلًا تسمح الفئة A بـ ±0.15 °C والفئة B بـ ±0.3 °C، وعند 100 °C تبلغ القيمتان ±0.35 °C و±0.8 °C على التوالي. وتنطبق الفئة A من 0 إلى 300 °C لعناصر الغشاء الرقيق، ومن –100 إلى 450 °C لعناصر السلك الملفوف. أما عنصر الغشاء الرقيق لدرجات الحرارة العالية فيُقدَّم بالفئة B فقط.
هل أختار RTD بتوصيل ثلاثي الأسلاك أم رباعي الأسلاك؟
يعوّض التوصيل ثلاثي الأسلاك مقاومة الأسلاك على افتراض تساويها، وهذا كافٍ لكثير من التطبيقات. أما في التوصيل رباعي الأسلاك فيسري التيار ويُقاس الجهد عبر أسلاك منفصلة، فلا تؤثر مقاومة الأسلاك في القياس؛ لذا يُفضَّل للحساسات أو الكابلات الطويلة ولنقاط الدقة العالية. وعند الحاجة يمكن توصيل الحساس رباعي الأسلاك كحساس ثنائي أو ثلاثي الأسلاك.
ما الفرق بين المزدوج الحراري المؤرَّض وغير المؤرَّض؟
في المزدوج الحراري المؤرَّض تلامس وصلة القياس الغمد، فيستجيب أسرع (T90 نحو 4.0 s في ماء متدفق)، لكنه أكثر عرضة للتشويش الناتج عن حلقات التأريض. وفي المزدوج الحراري غير المؤرَّض (المعزول) تكون الوصلة معزولة عن الغمد، فتكون القراءة أكثر استقرارًا لكن زمن الاستجابة أطول (T90 نحو 7.3 s). وينطبق التمييز نفسه على الإصدارات ذات العنصر المزدوج.
أي نوع من المزدوجات الحرارية يناسب أي جو تشغيل؟
النوع K مزدوج حراري متعدد الأغراض يُستخدم حتى 1200 °C في الأجواء المؤكسِدة أو المحايدة. ويغطي النوع N النطاق نفسه باستقرار كهروحراري أعلى، لكنه لا يناسب الفراغ أو الأجواء المختزِلة. النوع J مخصص للفراغ والظروف المختزِلة، والنوع E يعطي أعلى جهد خرج، والنوع T يوفّر خطية جيدة في درجات الحرارة المنخفضة جدًا والمنخفضة.
كيف يُحدَّد طول الحساس المناسب للغلاف الحراري؟
في التركيبات الجديدة يساوي طول الحساس مجموع طول العنق (H) وطول الغمر (U) للغلاف الحراري: L = H + U. ولاستبدال حساس نابضي قائم، يُقاس والنابض غير مضغوط من الطرف حتى النقطة الواقعة على بُعد 13 mm داخل منطقة تعشيق القلاووظ، ثم تُطرح 6 mm. وتُصنع الحساسات النابضية أطول قليلًا من الطول المطلوب كي تستقر على قاع الغلاف الحراري.
كيف تحسّن مطابقة الحساس مع جهاز الإرسال دقة القياس؟
يختلف منحنى المقاومة مقابل درجة الحرارة الفعلي لكل حساس RTD قليلًا عن المنحنى النظري. وباختبار الحساس عند عدة درجات حرارة تُحدَّد ثوابت Callendar-Van Dusen الخاصة به (R0 وα وδ وβ)، ثم تُدخل في جهاز الإرسال في المصنع أو في الموقع. عندها يستخدم جهاز الإرسال المنحنى الخاص بالحساس، فتتحسن دقة نقطة القياس عادةً بمقدار ثلاثة إلى أربعة أضعاف.
