Sıcaklık sensörleri, sıcaklığı ölçmek amacıyla elektriksel sinyal üreten elektronik bileşenlerdir. Endüstriyel ölçüm teknolojisinde sıcaklık sensörlerinde direnç malzemesi olarak en yaygın kullanılan materyal platindir. Platin; yüksek kimyasal dayanıklılığı, özellikle tel üretimi açısından kolay işlenebilirliği, yüksek saflıkta elde edilebilmesi ve elektriksel özelliklerinin iyi şekilde tekrar üretilebilir olması gibi avantajlara sahiptir. Bu özellikler, Avrupa standardı DIN EN 60 751 kapsamında ayrıntılı şekilde tanımlanmıştır. Bu sayede, platin direnç sensörleri (örneğin Pt100) diğer sıcaklık sensörlerine kıyasla evrensel olarak değiştirilebilir niteliktedir. Standartta; direncin sıcaklığa bağlı değişimi temel değer tablosu üzerinden belirlenmiş, nominal değer, referans sıcaklık ve izin verilen sapmalar tanımlanmıştır. Ayrıca, sıcaklık ölçüm aralığı da standartta belirtilmiştir ve –200 ile +850 °C arasında değişmektedir.
Sıcaklık sensörleri, sıcaklığı ölçmek için elektriksel sinyal üreten elektronik bileşenlerdir. Endüstriyel ölçüm teknolojisinde sıcaklık sensörleri için direnç malzemesi olarak platin yaygın şekilde kullanılmaktadır. Platin; yüksek kimyasal dayanıklılığı, özellikle tel üretimi açısından kolay işlenebilirliği, yüksek saflıkta elde edilebilme imkânı ve elektriksel özelliklerinin iyi şekilde tekrar üretilebilir olması gibi avantajlar sunar.
Bu özellikler, Avrupa standardı DIN EN 60 751 kapsamında detaylı biçimde tanımlanmıştır. Bu sayede, platin ölçüm dirençleri, diğer sıcaklık sensörlerine kıyasla evrensel olarak değiştirilebilir yapıdadır. Standartta; direncin sıcaklığa bağlı değişimi temel değer serisiyle belirlenmiş, nominal değer, buna karşılık gelen referans sıcaklık ve izin verilen sapma sınırları tanımlanmıştır. Ayrıca, sıcaklık ölçüm aralığı da standartta belirtilmiş olup –200 ile +850 °C arasında yer almaktadır.
Platin sensörlerin yapısı, kullanım alanına göre farklılık gösterir. Temel olarak geçmişte, iki ana tip arasında ayrım yapılmıştır: tel sarımlı dirençler ve ince film dirençler.
İnce film dirençlerde, platin bir tabaka seramik bir alt tabaka üzerine kaplanır. Tel sarımlı dirençlerde ise platin tel sargısı ya cam içine eritilerek sabitlenir ya da toz bir malzeme içerisine gömülür.
Günümüzde endüstride ince film dirençler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu alanda özellikle bağlantı kablolu platin çip sıcaklık sensörleri veya SMD (yüzeye monte) yapıda sensörler tercih edilmektedir.
Bağlantı kablolu platin çip sıcaklık sensörleri arasında farklı yapı formları bulunur. Bu sensörler temel olarak aşağıdaki özelliklere göre birbirinden ayrılır:
Bağlantı teli malzemesi: Gümüş, platin, paladyum, nikel, altın kaplı nikel veya kalay kaplı nikel
İşleme yöntemi: Yumuşak lehimleme, sert lehimleme, krimp yöntemi veya kaynak
Kullanım sıcaklığı: –70 °C ile maksimum +600 °C arası
SMD (yüzeye monte) yapıda platin çip sıcaklık sensörleri, bağlantı kablolu modellere kıyasla daha az varyasyona sahiptir. Bu sensörlerdeki temel fark, temas yüzeyinin konumlandırılmasıdır. Temas yüzeyi; çevresel (360°) temas, tek taraflı temas veya lehimlenebilir arka yüzeyle birlikte tek taraflı temas şeklinde olabilir.
Bağlantı kablolu modellere kıyasla, SMD sıcaklık sensörleri, büyük ölçekli seri üretimlerde devre kartlarına otomatik yerleştirme için özel olarak tasarlanmıştır.
Sıcaklık sensörleri farklı nominal değerlere sahip olacak şekilde üretilir. Bu değerler genellikle Pt100, Pt500 veya Pt1000 şeklindedir.
Nominal değer ya da nominal direnç R₀, 0 °C'deki direnç değeridir. DIN EN 60 751 standardına göre bu değer 100 Ω olarak tanımlanmıştır, bu nedenle Pt100 direncinden söz edilir. Bu değerin katları da kullanılabilir; bu nedenle nominal değeri 500 Ω ve 1000 Ω olan ölçüm dirençleri de sunulmaktadır. Bu tür sensörlerin avantajı daha yüksek bir hassasiyete sahip olmalarıdır, yani sıcaklıkla birlikte direnç değişimleri daha büyüktür (Pt100: yaklaşık 0,4 Ω/K; Pt500: yaklaşık 2,0 Ω/K; Pt1000: 4,0 Ω/K).
Pt100 eğrisi
Videoda, sıcaklık sensörlerinin kullanıldığı direnç termometrelerinin yapısı ve çalışma prensibi hakkında genel bir bakış sunulmaktadır.
Sıcaklık sensörlerinin doğruluğu, tolerans sınıfları ya da doğruluk sınıfları olarak adlandırılan kategorilere ayrılır. Dört farklı doğruluk sınıfı vardır: F0,1; F0,15; F0,3 ve F0,6.
Her bir sınıf için maksimum bir tolerans yani sınır sapma değeri tanımlanmıştır.
Ölçüm dirençleri için doğruluk sınıfları:
|
İnce film dirençler için |
Sınır sapma °C |
|
|
Sınıfı |
Geçerlilik aralığı °C |
|
|
F 0,1 |
0 ila +150 |
± (0,1 + 0,0017|t|) |
|
F 0,15 |
-30 ila +300 |
± (0,15 + 0,002|t|) |
|
F 0,3 |
-50 ila +500 |
± (0,3 + 0,005|t|) |
|
F 0,6 |
-50 ila +600 |
± (0,6 + 0,01|t|) |
|
a|t|=Sıcaklığın mutlak değeri (°C cinsinden), işaret dikkate alınmaksızın |
||
Pt100, ancak aynı zamanda Pt1000 ve Pt500 nominal değerine sahip platin çip sıcaklık sensörleri genellikle doğrudan sıcaklık ölçümünde kullanılmaz. Bu sensörler uygun şekilde yapılandırılarak endüstriyel kullanıma uygun bir sıcaklık probu, yani direnç termometresi hâline getirilir.
