Cảm biến nhiệt độ Pt100 – Những điều hữu ích cần biết

Cập nhật tháng 10/2023: Các cấp độ Tolerance (Accuracy) được chỉnh sửa theo IEC 60751:2022.
Cập nhật tháng 11/2025: Bổ sung so sánh Pt100 và Pt1000.

Cảm biến nhiệt độ Pt100 là một trong những cảm biến phổ biến nhất trong ngành công nghiệp chế biến. Bài viết này thảo luận nhiều điều hữu ích và thực tế cần biết về chúng, bao gồm thông tin về cảm biến RTD và PRT, các cấu trúc cơ khí khác nhau, mối quan hệ nhiệt độ-điện trở, hệ số nhiệt độ, cấp độ chính xác và nhiều hơn nữa.

RTD và PRT là gì?

RTD (Resistance Temperature Detector) là cảm biến nhiệt độ trong đó điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở của cảm biến thay đổi. RTD thường được làm từ platinum (bạch kim), đồng (copper), niken (nickel) hoặc các hợp kim kim loại khác.

Cảm biến RTD làm từ bạch kim được gọi là PRT (Platinum Resistance Thermometer). Pt100 là loại PRT phổ biến nhất. Số “100” trong tên gọi chỉ điện trở 100 ohm tại 0°C.

PRT so với Thermocouple

Thermocouple: Đo nhiệt độ cao hơn, rất chắc chắn, giá rẻ, không cần nguồn kích thích ngoài, nhưng kém chính xác hơn, cần bù điểm lạnh (cold junction compensation).

PRT: Chính xác, tuyến tính và ổn định hơn thermocouple, không cần bù điểm lạnh, dây nối có thể là dây đồng, nhưng đắt hơn, cần dòng kích thích phù hợp và dễ vỡ hơn.

Tóm lại: thermocouple phù hợp cho ứng dụng nhiệt độ cao, PRT phù hợp cho ứng dụng cần độ chính xác cao hơn.

Đo cảm biến RTD/PRT

Có thể đo điện trở bằng kết nối 2, 3 hoặc 4 dây. Kết nối 2 dây chỉ phù hợp cho đo độ chính xác thấp vì điện trở dây dẫn gây sai số. Đo lường quy trình thông thường nên sử dụng kết nối 3 hoặc 4 dây. IEC 60751 quy định mọi cảm biến có độ chính xác trên class B phải được đo bằng kết nối 3 hoặc 4 dây.

Self-heating (Tự gia nhiệt)

Khi dòng đo đi qua cảm biến RTD, nó làm cảm biến nóng lên một chút – hiện tượng này gọi là self-heating. Dòng đo thường tối đa 1 mA khi đo Pt100. Theo IEC 60751, self-heating không được vượt quá 25% dung sai (tolerance) của cảm biến.

Các cấu trúc cơ khí của PRT

• SPRT (Standard Platinum Resistance Thermometer): Cảm biến có độ chính xác cao nhất để thực hiện thang ITS-90. Rất nhạy với sốc và rung động, chỉ sử dụng trong phòng thí nghiệm.
• Partially supported PRT: Thỏa hiệp giữa hiệu suất và độ bền cơ học. Còn gọi là Secondary Standard hoặc Secondary Reference.
• IPRT (Industrial Platinum Resistance Thermometer): Được hỗ trợ hoàn toàn, rất chắc chắn nhưng kém ổn định lâu dài và có hysteresis lớn.
• Film PRT: Lớp platinum được phún xạ lên đế, dễ sản xuất hàng loạt, giá rẻ hơn, phản ứng nhanh với thay đổi nhiệt độ.

Pt100 – Hệ số nhiệt độ và mối quan hệ nhiệt-điện trở

Pt100 (385) có hệ số nhiệt độ α = 0.00385 °C⁻¹, là loại phổ biến nhất. Tại 0°C điện trở là 100 ohm, tại 100°C điện trở là 138.51 ohm. Ngoài ra còn có các loại Pt100 với hệ số 0.003916 (Pt100 3916) và 0.003902 (Pt100 3902), tương ứng với các tiêu chuẩn JIS và ITS-90 cũ.

Các cảm biến platinum khác bao gồm Pt25, Pt50, Pt200, Pt500 và Pt1000. Pt1000 có điện trở 1000 ohm tại 0°C, giúp giảm ảnh hưởng của điện trở dây dẫn so với Pt100.

Cấp độ chính xác (Tolerance classes)

Theo IEC 60751:2022, các cấp độ chính xác của Pt100 bao gồm Class AA, A, B và C. Class B là phổ biến nhất với dung sai ±(0.3 + 0.005·|t|) °C. Class AA có độ chính xác cao nhất với dung sai ±(0.1 + 0.0017·|t|) °C.