Pt100 — це найпоширеніший сенсорний елемент у промислових термометрах, опір якого змінюється залежно від температури. Після підключення до вимірювального (оцінювального) пристрою температура визначається за виміряним значенням опору.
Pt100 також часто називають датчиком Pt100 або резистивним датчиком температури.
Pt100 зазвичай використовується як платиновий чип-датчик температури і складається з керамічного носія, на який методом напилення наноситься тонкий шар платини. Через дуже малу товщину цього шару також широко застосовується термін тонкоплівкові датчики.
Платинове покриття далі структурується у вигляді меандра за допомогою фотолітографічного процесу. З’єднувальні дроти приварюються до контактних площадок, а ці контактні поверхні захищаються від механічних напружень скляним шаром. Додатковий — розплавлений — скляний шар слугує покривним шаром, який захищає платинові меандри від зовнішніх впливів і водночас виконує функцію ізоляції.
Pt100 з під’єднувальними проводами переважно використовується в промисловому електричному вимірюванні температури у складі RTD-температурних зондів (резистивних термометрів опору).
Датчики Pt100 у SMD-виконанні призначені для вимірювання поверхневої або навколишньої температури на друкованих платах і є оптимальним вибором для задач моніторингу температури або температурної компенсації в електронних схемах.
Крім того, SMD-датчики широко використовуються для виготовлення вимірювальних вставок для температурних зондів. Друкована плата автоматично оснащується Pt100 у SMD-виконанні, утворюючи попередньо зібрану вимірювальну вставку, яку можна вставити в захисну гільзу (термогільзу). Такі зонди, наприклад, масово застосовуються для вимірювання кількості тепла.
Платинові чiп-датчики температури існують з 1980-х років і значною мірою замінили раніше використовувані датчики Pt100 з платиновою дротяною обмоткою. У таких дротяних датчиках платиновий дріт або вплавляється в скло (скляний датчик), або розміщується в отворах керамічної трубки (керамічний датчик).
За допомогою таких датчиків можливе вимірювання температур до 800 °C. У спеціальних застосуваннях дротяні датчики й сьогодні продовжують використовуватися (наприклад, у лабораторіях). Проте в більшості випадків зазвичай застосовують платинові чiп-датчики температури, описані вище.
«Pt» — це хімічне позначення платини, а число 100 означає базовий опір 100 Ом при температурі 0 °C.
За температури 0 °C датчик Pt100 має базовий опір 100 Ом. Зі зростанням температури опір датчика змінюється приблизно на 0,38 Ом на кельвін (тобто на 1 °C). Його характеристика є стандартизованою відповідно до DIN EN 60751, завдяки чому вимірювальні та оцінювальні прилади можуть точно визначати температуру датчика на основі виміряного опору.
Додаткову інформацію про застосування датчиків Pt100 в електричних термометрах можна знайти у відео.
Описану вище поведінку датчика Pt100 зручно відображає таблиця опору Pt100.
У такій таблиці наведені еталонні значення опору Pt100 для температур, як правило, з кроком 1 °C. Вона показує, який електричний опір має датчик Pt100 при конкретній температурі, і використовується для інтерпретації вимірювань, перевірки датчиків та калібрування вимірювальних систем.
Для металевих датчиків температури можна застосувати поліном, за допомогою якого обчислюють опір датчика залежно від температури.
Базова формула полінома другого порядку має вигляд:
R(T) = R₀ × (1 + A × ϑ + B × ϑ²)
де:
Для датчика Pt100 базовий опір становить 100 Ом, а коефіцієнти мають такі значення:
Після підстановки у формулу отримуємо рівняння для Pt100:
R(T) = 100 Ом × (1 + 3,9083 × 10⁻³ °C⁻¹ × ϑ − 5,775 × 10⁻⁷ °C⁻² × ϑ²)
Ця формула є дійсною для додатних температур.
Платинові датчики також випускаються з базовим опором, наприклад 1000 Ом (при 0 °C).
Інші номінальні значення опору також можливі у виробництві, але зустрічаються рідко.
Тонкоплівкова технологія дозволяє виконувати вимірювання в діапазоні від −70 до +600 °C.
Допуски також визначені стандартом. Для тонкоплівкових резисторів існують класи допусків (класи точності Pt100) — від F 0.1 (висока точність) до F 0.6 (нижча точність). Допуск або граничне відхилення визначається відповідно до стандарту шляхом підстановки температури вимірювання у відповідну формулу.
Ось два приклади:
Визначення допуску для датчика класу F 0,1 при температурі вимірювання 100 °C:
±(0,1 + 0,0017 × |100|) = ±0,27 K
(що відповідає ±0,27 °C)
Визначення допуску для датчика класу F 0,3 при температурі вимірювання 400 °C:
±(0,3 + 0,005 × |400|) = ±2,3 K
(що відповідає ±2,3 °C)
Датчики Pt100 відзначаються дуже високою довготривалою стабільністю, що зумовлено передусім властивостями матеріалу опору — платини. Характеристика датчика є стандартизованою. За наявності цієї характеристики в вимірювальному або обчислювальному пристрої можливе коректне визначення температури на основі виміряного опору.
Завдяки стандартизації, постачання запасних частин для самих датчиків або зібраних термометрів не викликає жодних труднощів.