Cryogene RTD-sensoren uit de C-serie

Kies de C220 voor compacte cryogene Pt100-metingen tot +150 °C, de C420 voor Pt1000-metingen binnen hetzelfde temperatuurbereik, en de C416 wanneer het werkbereik tot +500 °C moet doorlopen. De Pt100-versies zijn geschikt voor interfaces die zijn ontworpen rond 100 Ω bij 0 °C, terwijl het Pt1000-element van de C420 tien keer de nominale weerstand levert en de relatieve invloed van externe draadweerstand vermindert. De C220 heeft de kortste behuizing, terwijl de C416 een smallere en dunnere uitvoering biedt. Ook de aansluitmethode onderscheidt de varianten: de C220 is bedoeld voor hardsolderen, de C420 voor zachtsolderen en de C416 voor beide processen. Maak uw keuze eerst op basis van de maximale temperatuur en de nominale weerstand, en kijk daarna naar de beschikbare inbouwruimte, draadlengte en verbindingsmethode.

Gebruik de laagst mogelijke meetstroom die in de beoogde schakeling voldoende signaalkwaliteit en ruisimmuniteit biedt. C220 en C416 accepteren 0,3 tot 1 mA en hebben een zelfverhittingswaarde van 0,4 K/mW bij 0 °C, terwijl C420 0,1 tot 0,3 mA accepteert en is gespecificeerd op 0,3 K/mW. Bij 0 °C dissipeert een Pt100-element dat met 1 mA wordt aangestuurd ongeveer 0,1 mW, wat onder de opgegeven referentieconditie overeenkomt met een geschatte temperatuurstijging van 0,04 K. Een Pt1000-element bij 0,3 mA dissipeert ongeveer 0,09 mW, wat resulteert in een geschatte stijging van 0,027 K. De werkelijke fout hangt af van het medium, de montageconfiguratie, de behuizing en de thermische koppeling. Daarom moet de geassembleerde probe worden getest bij de beoogde excitatiestroom.

De responswaarden beschrijven de sensorelementen onder gedefinieerde stromingssnelheidsomstandigheden en moeten worden gezien als basiswaarde, niet als volledige specificatie van de probe. In water dat stroomt met 0,4 m/s ligt t0.5 voor de drie varianten tussen 0,06 en 0,08 seconden en t0.9 tussen 0,20 en 0,25 seconden. In lucht die stroomt met 2 m/s ligt t0.5 tussen 3 en 3,5 seconden, terwijl t0.9 tussen 13 en 15 seconden ligt. Een beschermhuls, lijm, gietmassa of slecht oppervlaktecontact voegt thermische massa en weerstand toe, waardoor de uiteindelijke responstijd meestal toeneemt. Engineers moeten de elementwaarden daarom tijdens de selectie vergelijken en vervolgens de complete assemblage verifiëren onder representatieve stromings- en installatieomstandigheden.

Het verbindingsproces moet passen bij de gekozen sensor: C220 gebruikt hardsolderen, C420 gebruikt zachtsolderen en C416 ondersteunt beide methoden. Hoewel C220 bedoeld is voor hardsolderen, mag het sensorhuis niet worden blootgesteld aan temperaturen boven +150 °C. Daarom moeten warmteafvoer, afstand tot de verbinding en procesduur nauwkeurig worden beheerst. Dezelfde grens van +150 °C voor opslag, assemblage en gebruik geldt voor C420. C416 staat elementbedrijf toe tot +500 °C, maar soldeerlegering, aansluitkabel, isolatie en inkapseling kunnen in de praktijk een lagere assemblagegrens opleggen. De treksterkte van de aansluitdraden is gespecificeerd op ≥8 N voor C220 en C420 en ≥5 N voor C416, maar de verbinding en de uiteindelijke probe vereisen nog steeds een afzonderlijke mechanische kwalificatie.

Op elementniveau is elke variant gespecificeerd voor ten minste 40 g versnelling tussen 10 en 2.000 Hz en ten minste 100 g met een 8 ms halve-sinusschokpuls. Beide specificaties zijn afhankelijk van de installatie en gelden daarom niet automatisch voor een afgewerkte probe, kabelassemblage of instrument. Niet-ondersteunde aansluitdraden kunnen beweging versterken en spanning overbrengen op het keramische lichaam of de elektrische verbindingen, vooral bij herhaalde trillingen. Trekontlasting, gecontroleerde ingieting, een geschikte draadgeleiding en het vermijden van starre verschillen in thermische uitzetting kunnen helpen om de mechanische prestaties van het element te behouden. De uiteindelijke assemblage moet worden gekwalificeerd met de werkelijke montageoriëntatie, behuizingsmaterialen, kabelmassa en het verwachte trillingsspectrum.

Alle drie de cryogene RTD-sensoren uit de C-serie gebruiken de DIN EN IEC 60751-karakteristiek, een temperatuurcoëfficiënt van 3850 ppm/K en een Class F 0.3 (B)-tolerantie over hun volledige opgegeven bereik. F 0.3 (B) is geen vaste tolerantie van ±0,3 °C over het hele bereik, dus de toepasselijke standaardtolerantieband moet voor elke meettemperatuur worden bepaald. De typische R(0 °C)-drift is 0,03% na 1.000 uur op de bovenste temperatuurgrens, wat overeenkomt met 0,03 Ω voor Pt100 of 0,3 Ω voor Pt1000. Dicht bij 0 °C komt elke van deze weerstandsveranderingen overeen met ongeveer 0,078 °C, maar dit is een typische stabiliteitswaarde en geen gegarandeerde totale fout. De volledige onzekerheidsberekening moet ook rekening houden met de nauwkeurigheid van de uitlezing, leidingcompensatie, zelfverhitting, kalibratie en door de installatie veroorzaakte thermische offsets.

De nominale weerstand wordt gerefereerd aan een gedefinieerd punt op de aansluitdraden: 8 mm vanaf het sensorhuis voor C220 en C416, en 13 mm voor C420. Elke verlengde bedrading voorbij dat punt introduceert extra weerstand, tenzij die door de meettopologie of kalibratiemethode wordt geëlimineerd. Dezelfde externe draadweerstand veroorzaakt bij een Pt100-element een grotere relatieve fout dan bij de Pt1000 in de C420. Bij langere kabellengtes kan een drie- of vierdraads schakeling worden overwogen, mits ondersteund door de meetelektronica, met laagohmige en thermisch stabiele verbindingen over het hele signaalpad. Kalibratiegegevens moeten de volledige bedradingsconfiguratie vastleggen, in plaats van de weerstand van het kale element te beschouwen als onafhankelijk van de aansluitdraden.

De sensoren zijn RoHS-conform en gebruiken de DIN EN IEC 60751-karakteristiek voor platina RTD’s, maar deze punten kwalificeren de uiteindelijke assemblage niet voor een gereguleerde of veiligheidskritische toepassing. C420 en C416 worden geleverd met een California Proposition 65-waarschuwing met betrekking tot mogelijke blootstelling aan loodoxide en kobaltoxide. Daarom moeten de verplichtingen rond handling en productetikettering voor de beoogde Amerikaanse markt worden beoordeeld. Standaard catalogusonderdelen worden uitdrukkelijk niet aanbevolen voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen of bemande ruimtevaart, ook al kan het temperatuurbereik van de C416 passen bij thermische omstandigheden in de lucht- en ruimtevaart. Ontwerpen voor medische, farmaceutische, transport- en veiligheidsgerelateerde toepassingen vereisen daarom een onafhankelijke materiaalbeoordeling, risicoanalyse en kwalificatie van het eindsysteem.