Zapytaj pięć osób, co oznacza „PT100”, a jako pełną odpowiedź zazwyczaj otrzymasz „jakiś rodzaj czujnika temperatury”. Nie ma problemu, jeśli po prostu rozmawiasz z -, ale jeśli to Ty piszesz specyfikację zakupu, luki w tej odpowiedzi są dokładnie tam, gdzie problemy pojawiają się później: czujnik, który odczytuje dobrze na stole, ale dryfuje po wspawaniu w osłonę termometryczną, lub taki, który jest poprawny technicznie, ale podłączony w niewłaściwy sposób do zasilanego przetwornika.
W tym artykule opisano mechanikę rzeczywistego pomiaru temperatury przez PT100, praktyczne różnice między typami czujników, spośród których będziesz wybierać, a także -, ponieważ teoria prowadzi tylko do tej pory, - rzeczywistą sytuację, w której błędne podanie jednego z tych szczegółów spowodowało wymierny problem na linii produkcyjnej.
Czym właściwie jest PT100
PT100 to rezystancyjny detektor temperatury (RTD) - element platynowy, którego rezystancja elektryczna zmienia się w znany, powtarzalny sposób wraz ze zmianami temperatury. „100” w nazwie to wartość rezystancji przy 0 stopniach: dokładnie 100 omów. Podgrzej, opór rośnie; ostudzić, opór spada.
Platyna nie jest jedynym metalem, w którym występują - czujniki RTD z niklem i miedzią -, ale platyna zwyciężyła w zastosowaniach przemysłowych, ponieważ nie utlenia się łatwo, utrzymuje swoją kalibrację przez lata cykli termicznych, a jej krzywa rezystancji jest dobrze-zdefiniowana na tyle, że została ujednolicona na szczeblu międzynarodowym. Tą normą jest IEC 60751 i jest to dokument, do którego po cichu odwołuje się każdy renomowany producent, nawet jeśli nie mówi tego wprost.
Fizycznie element znajduje się wewnątrz metalowej osłony - zwykle ze stali nierdzewnej 316, czasami z Inconelu lub Hastelloy w przypadku agresywnych mediów -, a przewody prowadzą do przetwornika lub karty wejść analogowych sterownika. Sam czujnik nie ma wyświetlacza ani logiki; po prostu zmienia opór. Wszystko inne dzieje się poniżej.
Fizyka kryjąca się za czytaniem
Dlaczego rezystancja zmienia się wraz z temperaturą
W miarę nagrzewania się platyny zwiększają się wibracje atomów, co utrudnia elektronom poruszanie się w siatce, - wzrasta rezystancja. Zależność ta nie jest liniowa w całym zakresie, ale jest na tyle bliska i-na tyle dobrze scharakteryzowana, że można ją ująć w równaniu, a nie w samej tabeli przeglądowej: równaniu Callendara-Vana Dusena.
Dla temperatur powyżej 0 stopni uproszczona forma wygląda następująco:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 wynosi 100 omów dla PT100, a A i B to stałe stałe z normy IEC 60751. Poniżej 0 stopnia dodawany jest trzeci człon, ponieważ krzywa wygina się tam nieco inaczej. Nie musisz tego zapamiętywać -, ale warto wiedzieć, że istnieje, ponieważ dzięki temu „PT100” jednego producenta i „PT100” innego producenta będą się ze sobą zgadzać w danej temperaturze, a nie każdy będzie miał swoją własną krzywą.
Jedna liczba warta zapamiętania: przy 100 stopniach standardowy PT100 odczytuje około 138,5 oma. Jeśli rozwiązujesz problem z czujnikiem za pomocą multimetru, a temperatura nie jest bliska tej wartości, która powinna wynosić 100 stopni, coś jest nie tak - albo z elementem, okablowaniem, albo z twoimi założeniami dotyczącymi rzeczywistej temperatury.
Istnieje również podział, o którym powinieneś wiedzieć przed złożeniem zamówienia: „krzywa europejska” (alfa=0.00385) jest standardem wszędzie poza Ameryką Północną, podczas gdy starsza „krzywa amerykańska” (0,00392) nadal pojawia się w niektórych starszych urządzeniach. Połączenie tych dwóch parametrów podczas modernizacji jest klasycznym źródłem odczytu temperatury różniącego się o kilka stopni bez oczywistego powodu.
Zamiana oporu w liczbę, którą można odczytać
Przetwornik przepuszcza przez element niewielki prąd, mierzy napięcie na nim, oblicza rezystancję i stosuje krzywą, aby wypluć temperaturę. To wszystko. Z tego też powodu PT100 jest w zasadzie bezużyteczny bez przetwornika lub znajdującej się za nim karty wejściowej obsługującej RTD-- czujnik to tylko połowa łańcucha pomiarowego.
Szczegóły okablowania, które w rzeczywistości powodują problemy w terenie
W tym miejscu wiele decyzji o zakupie jest błędnych i rzadko dzieje się tak wskutek nieostrożności. - Nie jest to oczywiste, chyba że ktoś Ci o tym powiedział.
2-przewodowyjest najtańszy, ale rezystancja samego przewodu jest dodawana bezpośrednio do odczytu. Na odcinku kabla o długości 30-metrów błąd ten nie jest już trywialny. Dobra w przypadku krótkich serii lub monitorowania niekrytycznego; nie jest w porządku do niczego, nad czym chciałbyś mieć kontrolę.
3-przewodowyjest wartością domyślną dla większości prac przemysłowych. Trzeci przewód pozwala przetwornikowi oszacować i wyeliminować rezystancję przewodu, zakładając, że trzy przewody mają taką samą długość i średnicę. Dobra równowaga kosztów i dokładności, dlatego właśnie ten przetwornik można znaleźć w większości sprzedawanych obecnie przetworników procesowych.
4-przewodowyeliminuje prawie całkowicie błąd rezystancji przewodu, oddzielając przewody-przewodzące prąd i-mierzące napięcie. Tego właśnie potrzebujesz w przypadku wzorców odniesienia do kalibracji lub gdziekolwiek ułamki stopnia faktycznie mają znaczenie -, ale jest to przesada i dodatkowy koszt w przypadku wielu ogólnych punktów monitorowania.
Najczęściej spotykanym błędem nie jest wybór niewłaściwego typu izolowanego okablowania -, lecz zamówienie 3-przewodowego czujnika do przetwornika skonfigurowanego do wejścia 2-przewodowego lub odwrotnie. Czujnik i przyrząd muszą być zgodne, a ten szczegół łatwo przeoczyć, gdy zaopatrzenie i oprzyrządowanie to dwie różne osoby pracujące nad dwoma różnymi dokumentami.
Drut-Rana a elementy z cienkiej-folii
Drut-ranyelementy - drut platynowy owinięty wokół rdzenia ceramicznego lub szklanego - mają tendencję do wyjątkowo dobrego utrzymywania kalibracji przez długi okres użytkowania i duże wahania temperatury. Są droższe i nieco delikatniejsze mechanicznie.
Cienka-foliaelementy powstają poprzez osadzenie platyny na podłożu ceramicznym, podobnie jak zbudowany jest mikrochip. Są mniejsze, tańsze w produkcji na dużą skalę i lepiej wytrzymują wibracje -, dlatego w dużej mierze przejęły powszechne zastosowanie przemysłowe i OEM. Kompromisem jest-węższy zakres temperatur znamionowych w porównaniu z wersjami{{4}najlepszymi z uzwojeniem drutowym, chociaż w przypadku większości prac procesowych w rzeczywistości nigdy nie dochodzi do osiągnięcia sufitu.
Jeśli Twoje zastosowanie jest łagodne, - pomyśl o kanałach HVAC, ogólne monitorowanie zbiornika - cienka-folia jest prawie zawsze ekonomicznym i rozsądnym wyborem. Oszczędzaj drut-w przypadku zastosowań-wysokotemperaturowych lub-o długiej żywotności-, gdzie dodatkowa stabilność zwraca się jego koszt.
PT100 kontra termopara kontra PT1000
Kupujący nowioprzyrządowanie temperaturoweczęsto pytają, który z tych trzech elementów powinni właściwie określić.
Przeciwko AtermoelementPT100 wygrywa pod względem dokładności i-długoterminowej stabilności w niskim--średnim zakresie (około -200 do 850 stopni) i nie wymaga kompensacji zimnego złącza. Termopara sprawdza się tam, gdzie temperatury są wyższe niż może wytrzymać platyna lub tam, gdzie potrzebna jest szybsza reakcja i można pracować z mniejszą precyzją.
Przeciwko APT1000, zasada działania jest identyczna - ta sama platyna, ta sama fizyka - tylko 1000 omów przy 0 stopniach zamiast 100. Ta wyższa rezystancja podstawowa sprawia, że błąd-przewodu ołowianego jest proporcjonalnie mniejszy, więc PT1000 często może sobie pozwolić na okablowanie 2-przewodowe bez spadku dokładności, jaki miałby PT100. To sprawia, że PT1000 jest częstym wyborem w automatyce budynków, gdzie kable są długie, ale nie jest wymagana precyzja laboratoryjna.
Prawdziwy przypadek: kiedy nie było „wystarczająco blisko”.
W operacji-przetwarzania żywności prowadzonej na linii pasteryzacji od tygodni uzyskiwane były niespójne odczyty temperatury wsadu - nic dramatycznego, tylko kilka stopni dryftu, które pojawiały się sporadycznie i nie korelowały z niczym oczywistym w samym procesie. Konserwator już raz wymienił czujnik, założył, że to rozwiązał problem i kontynuował. Wróciło po miesiącu.
Prawdziwą przyczyną okazało się okablowanie, a nie czujnik: oryginalny 3-przewodowy PT100 został zastąpiony urządzeniem od innego dostawcy, którego średnica przewodu różniła się nieco od pierwotnej, co spowodowało zaburzoną kompensację rezystancji przewodu-, którą obliczał przetwornik. Na papierze oba czujniki spełniały specyfikację. W praktyce rozbieżność była na tyle duża, że odczyt wysunął się poza tolerancję mającą znaczenie dla czasu przetrzymywania pasteryzacji -, który jest parametrem bezpieczeństwa żywności, a nie kosmetycznym.
Rozwiązaniem nie był lepszy czujnik. Polegało to na ujednoliceniu grubości i długości przewodów doprowadzających we wszystkich zapasach zamiennych dla tej linii oraz dodaniu szybkiej kontroli rezystancji w temperaturze otoczenia jako etapu kontroli odbiorczej-przed oddaniem nowego czujnika do użytku. Lekcja jest generalizująca: miernik PT100 jest tak dokładny, jak cały otaczający go łańcuch pomiarowy, a „ten sam numer części” nie zawsze oznacza „ten sam rzeczywisty przewód”.
Co właściwie sprawdzić przed złożeniem zamówienia
W przypadku większości kupujących decyzja sprowadza się do pięciu pytań, mniej więcej w następującej kolejności ważności:
- Jaki jest zakres temperatur procesu i jak duża musi być tolerancja?To decyduje o klasie dokładności - Klasa B (±0,30 stopnia przy 0 stopniach) obejmuje większość ogólnego monitorowania; Klasa A lub 1/3 DIN jest warta premii w przypadku pętli kontrolnych lub regulowanych procesów.
- Jakiego okablowania oczekuje Twój przetwornik lub karta PLC?Potwierdź to przed złożeniem zamówienia, a nie po -. Jest to najczęstsza przyczyna problemów z polem, których można uniknąć.
- Jaki jest materiał osłony i średnica sondy dostosowana do mediów procesowych i ciśnienia?Zastosowania korozyjne lub wysokociśnieniowe zwykle wymagają również osłony termometrycznej, zarówno w celu ochrony, jak i umożliwienia wymiany czujnika bez wyłączania.
- Czy potrzebujesz nadajnika-montowanego na głowie?Konwersja na sygnał 4-20 mA bezpośrednio przy czujniku poprawia odporność na zakłócenia w przypadku długich kabli i jest warta dodatkowych kosztów w środowiskach z zakłóceniami elektrycznymi.
- Jaki jest Twój plan kalibracji i wymiany?Czujniki dryfują przez lata cykli termicznych. Procesy krytyczne są zazwyczaj sprawdzane co roku; punkty monitorowania o niskiej-stawce mogą trwać dłużej.
Uwagi dotyczące instalacji, które warto znać
Głębokość zanurzenia ma większe znaczenie, niż większość ludzi się spodziewa. - Końcówka czujnika musi sięgać do rzeczywistego przepływu lub medium, a nie tylko przechodzić przez ściankę rury, w przeciwnym razie zamiast procesu będzie mierzona warstwa graniczna. Osłony termometryczne są warte dodatkowych kosztów wszędzie tam, gdzie czynnikiem wpływającym na działanie ciśnienia, korozji lub konieczności wymiany-na gorąco jest wymiana. A jeśli próbujesz rozwiązać problem z odczytem, który wydaje się nieprawidłowy, sprawdź rezystancję w znanej temperaturze odniesienia (woda z lodem to tanie i niezawodne odniesienie w temperaturze 0 stopni), zanim założysz, że problemem jest przetwornik lub sam proces.
Dolna linia
Fizyka PT100 jest prosta i nie zmieniła się od dziesięcioleci. - Opór platyny rośnie w przewidywalny sposób wraz z temperaturą, a ta zależność jest ustandaryzowana, więc instrumenty różnych producentów są ze sobą zgodne. To, gdzie kupujący faktycznie popełniają błąd, to nie sam wybór czujnika; to szczegóły wokół niego - konfiguracja okablowania, konsystencja przewodu prowadzącego, materiał osłony dla rzeczywistych warunków procesu. Zdobądź je już na etapie specyfikacji, a część z czujnikiem jest najłatwiejszą częścią.
Jeśli zaopatrujesz się w czujniki PT100 dla konkretnej linii lub elementu wyposażenia, przesłanie dostawcy z góry zakresu temperatur, wymaganej klasy dokładności, rodzaju okablowania i środowiska instalacji -, a nie tylko numeru części -, zwykle odróżnia czujnik działający od czujnika, który zostanie wymieniony dwukrotnie, zanim ktoś znajdzie prawdziwy problem.
Często zadawane pytania
Czy PT100 to to samo co RTD?
Nie - PT100 to specyficzny typ czujnika RTD, wykonany z platyny i o rezystancji 100 omów w temperaturze 0 stopni. RTD to szersza kategoria, która obejmuje także czujniki PT500, PT1000 oraz czujniki na bazie niklu- i miedzi-.
Jak dokładny jest czujnik PT100?
Klasa B ma dokładność do około ±0,30 stopnia przy 0 stopniach. Klasa A dokręca to do około ± 0,15 stopnia. Czujniki o wysokiej-precyzyjności 1/10 DIN osiągają ±0,03 stopnia, co jest w większości przypadków standardową specyfikacją laboratoryjną lub{{9}kalibracyjną, a nie wymaganiem ogólnego monitorowania procesu.
Czy PT100 poradzi sobie z temperaturami poniżej zera?
Tak, standardowe jednostki mają parametry znamionowe do około -200 stopni, co pokrywa większość zastosowań kriogenicznych i łańcuchów chłodniczych bez konieczności stosowania jakichkolwiek specjalistycznych urządzeń.
Dlaczego niektóre czujniki PT100 mają trzy lub cztery przewody zamiast dwóch?
Dodatkowe przewody pozwalają przyrządowi odjąć rezystancję samego przewodu prowadzącego, która w przeciwnym razie byłaby liczona jako część sygnału temperatury. - Jest to błąd rosnący wraz z długością kabla.
Referencje
- Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna.IEC 60751 - Przemysłowe platynowe termometry oporowe i platynowe czujniki temperatury.
- Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST).Skala temperatury ITS-90 i dane referencyjne termometrii oporowej platyny.
- Inżynieria Omega.Przewodnik referencyjny RTD (rezystancyjnego czujnika temperatury).
- Firma Fluke.Kalibracja: filozofia w praktyce - Termometria oporowa.
