Opýtajte sa piatich ľudí, čo znamená „PT100“ a zvyčajne dostanete ako úplnú odpoveď „nejaký teplotný senzor“. To je v poriadku, ak práve chatujete -, ale ak ste to vy, kto píše špecifikáciu nákupu, medzery v tejto odpovedi sú presne tam, kde sa problémy prejavia neskôr: senzor, ktorý číta dobre na pracovisku, ale po privarení do teplomernej jímky sa posúva, alebo ten, ktorý je technicky správny, ale je zapojený nesprávnym spôsobom pre vysielač, ktorý napája.
Tento článok sa zaoberá mechanizmom toho, ako PT100 skutočne meria teplotu, praktickými rozdielmi medzi typmi snímačov, medzi ktorými si budete vyberať, a -, pretože teória vás zatiaľ dostane len - do skutočnej situácie, keď chyba v jednom z týchto detailov spôsobila merateľný problém na výrobnej linke.
Čo PT100 vlastne je
PT100 je odporový teplotný detektor (RTD) - platinový prvok, ktorého elektrický odpor sa pri zmenách teploty mení známym a opakovateľným spôsobom. „100“ v názve je hodnota odporu pri 0 stupňoch: presne 100 ohmov. Zahrejte to, odpor stúpa; ochladiť, odpor klesá.
Platina nie je jediným kovom, ktorý robí tieto - niklové a medené RTD, -, ale platina zvíťazila na priemyselné použitie, pretože sa ľahko neoxiduje, zachováva si svoju kalibráciu počas rokov tepelných cyklov a jej krivka odporu je dostatočne-definovaná na to, aby bola medzinárodne štandardizovaná. Tou normou je IEC 60751 a je to dokument, na ktorý sa v tichosti odvoláva technický list každého renomovaného výrobcu, aj keď to priamo nehovorí.
Fyzicky je prvok umiestnený vo vnútri kovového puzdra - zvyčajne z nehrdzavejúcej ocele 316, niekedy Inconel alebo Hastelloy pre nepríjemné médiá - s olovenými vodičmi, ktoré vedú k vysielaču alebo analógovej vstupnej karte ovládača. Samotný senzor nemá displej ani logiku; len mení odpor. Všetko ostatné sa deje po prúde.
Fyzika za čítaním
Prečo sa odpor mení s teplotou
Ako sa platina zahrieva, atómové vibrácie sa zvyšujú, čo sťažuje elektrónom pohyb cez mriežku - odpor stúpa. Tento vzťah nie je lineárny v celom rozsahu, ale je dostatočne blízky a dostatočne -charakterizovaný na to, aby bol zachytený v rovnici a nie v samotnej vyhľadávacej tabuľke: Callendar-Van Dusenova rovnica.
Pre teploty nad 0 stupňov je zjednodušená forma:
Rt=R0 [1 + pri + Bt²]
R0 je 100 ohmov pre PT100 a A a B sú pevné konštanty z IEC 60751. Pod 0 stupňov sa pridáva tretí člen, pretože krivka sa tam ohýba mierne odlišne. Toto - si nemusíte zapamätať, ale stojí za to vedieť, že existuje, pretože to je dôvod, prečo „PT100“ od jedného výrobcu a „PT100“ od iného budú skutočne súhlasiť pri danej teplote, namiesto toho, aby každý mal svoju vlastnú súkromnú krivku.
Jedno číslo, ktoré stojí za zapamätanie: pri 100 stupňoch má štandardný PT100 hodnotu približne 138,5 ohmov. Ak riešite problémy so snímačom pomocou multimetra a ani zďaleka sa nepribližuje tomu, čo by malo byť 100 stupňov , niečo nie je v poriadku - buď prvok, zapojenie, alebo váš predpoklad o tom, aká je v skutočnosti teplota.
Existuje tiež rozdelenie, o ktorom by ste mali vedieť pred objednaním: „európska krivka“ (alfa=0.00385) je štandardom všade mimo Severnej Ameriky, zatiaľ čo staršia „americká krivka“ (0,00392) sa stále zobrazuje na niektorých starších zariadeniach. Zmiešanie týchto dvoch pri dodatočnej montáži je klasickým zdrojom údajov o teplote, ktoré sa bez zjavného dôvodu znížia o niekoľko stupňov.
Premena odporu na číslo, ktoré dokážete prečítať
Vysielač prechádza malým prúdom cez prvok, meria napätie na ňom, vypočítava odpor a aplikuje krivku na vyplivnutie teploty. To je všetko. To je tiež dôvod, prečo je PT100 v podstate zbytočný bez vysielača alebo vstupnej karty s RTD-za ním - senzor je len polovicou meracieho reťazca.
Detail elektroinštalácie, ktorý v skutočnosti spôsobuje problémy v teréne
Toto je miesto, kde sa veľa nákupných rozhodnutí pokazí a je to len zriedka preto, že niekto bol neopatrný -, jednoducho to nie je zrejmé, pokiaľ vám to niekto nepovedal.
2-drôtovýje najlacnejší, ale odpor samotného vodiča sa pridáva priamo do čítania. Viac ako 30-metrový kábel už táto chyba nie je triviálna. Jemné pre krátke jazdy alebo nekritické monitorovanie; nie je v poriadku za nič, čo by ste chceli mať pod kontrolou.
3-drôtovýje predvolená hodnota pre väčšinu priemyselných prác. Tretí vodič umožňuje vysielaču odhadnúť a zrušiť odpor vodiča za predpokladu, že tri vodiče majú rovnakú dĺžku a prierez. Dobrá rovnováha medzi cenou a presnosťou, a preto je to, čo nájdete na väčšine dnes predávaných procesných vysielačov.
4-drôtovýtakmer úplne odstraňuje chybu odporu vodiča oddelením vodičov snímania prúdu-a napätia-. To je to, čo chcete pre kalibračné referenčné štandardy alebo kdekoľvek na zlomkoch stupňa skutočne záleží -, ale je to príliš veľa a navyše to stojí veľa všeobecných monitorovacích bodov.
Chybou, ktorú najčastejšie vidím, nie je výber nesprávneho typu zapojenia izolovane -, ale objednanie 3-vodičového snímača pre vysielač, ktorý bol nakonfigurovaný na 2-vodičový vstup, alebo naopak. Senzor a prístroj musia súhlasiť a tento detail sa dá ľahko prehliadnuť, keď obstarávanie a prístrojové vybavenie sú dvaja rôzni ľudia, ktorí pracujú na dvoch rôznych dokumentoch.
Drôtené-rany vs. tenké-filmové prvky
Navinutý-drôtprvky - platinový drôt omotaný okolo keramického alebo skleneného jadra - má tendenciu udržiavať kalibráciu mimoriadne dobre počas dlhej životnosti a veľkých teplotných výkyvov. Sú drahšie a mechanicky o niečo krehkejšie.
Tenký-filmprvky sa vyrábajú nanesením platiny na keramický substrát, podobným duchu, ako sa vyrába mikročip. Sú menšie, ich objem je lacnejší a lepšie odolávajú vibráciám -, a preto do značnej miery prevzali všeobecné priemyselné využitie a využitie OEM. Kompromisom-je užší menovitý teplotný rozsah v porovnaní s prémiovými verziami s vinutými drôtmi-, hoci pri väčšine procesných prác sa tento strop v skutočnosti nikdy nedosiahne.
Ak je vaša aplikácia mierna - myslíme si, že vzduchotechnické potrubie, všeobecné monitorovanie nádrže je takmer vždy ekonomickou a rozumnou voľbou. Ušetrite navinuté-káblové drôty pre aplikácie s vysokou-teplotou alebo dlhou{6}}službou-aplikácií, kde mimoriadna stabilita zarába späť svoje náklady.
PT100 vs. Termočlánok vs. PT1000
Kupujúci novíteplotné prístroječasto sa pýtajú, ktoré z týchto troch by mali vlastne špecifikovať.
Proti atermočlánokPT100 vyhráva presnosťou a-dlhodobou stabilitou v nízkom-až{3}}strednom rozsahu (približne -200 stupňov až 850 stupňov) a nevyžaduje kompenzáciu studených spojov. Termočlánok vyhráva tam, kde teploty idú vyššie, než dokáže platina zvládnuť, alebo tam, kde potrebujete rýchlejšiu odozvu a môžete žiť s nižšou presnosťou.
Proti aPT1000, pracovný princíp je identický - rovnaká platina, rovnaká fyzika - len 1 000 ohmov pri 0 stupňoch namiesto 100. Tento vyšší základný odpor úmerne zmenšuje chybu olova-vodiča, takže PT1000 často prejde 2-vodičom bez penalizácie za presnosť, ktorá by znamenala PT100. Vďaka tomu je PT1000 bežnou voľbou v automatizácii budov, kde sú káble dlhé, ale nenaháňate presnosť na úrovni laboratória.
Skutočný prípad: Keď „Dosť blízko“ nebolo
Operácia spracovania potravín- na pasterizačnej linke dostávala niekoľko týždňov nekonzistentné údaje o teplote šarže -, nič dramatické, len niekoľko stupňov posunu, ktorý sa občas objavoval a nesúvisel s ničím zrejmým v samotnom procese. Údržba už raz vymenila snímač, predpokladala, že problém vyriešila, a pokračovala. Po mesiaci sa to vrátilo.
Skutočnou príčinou bolo zapojenie, nie snímač: pôvodný 3-vodičový PT100 bol nahradený jednotkou od iného dodávateľa, ktorej prierez vodiča sa mierne líšil od pôvodného vedenia, čo spôsobilo stratu kompenzácie- odporu vodiča, ktorú vysielač vypočítal. Na papieri oba senzory spĺňali špec. V praxi bol nesúlad dostatočne veľký na to, aby sa hodnota posunula mimo toleranciu, ktorá bola dôležitá pre čas zdržania pasterizácie - parameter bezpečnosti potravín, nie kozmetický.
Oprava nebol lepší snímač. Bola to štandardizácia prierezu a dĺžky oloveného drôtu pre všetky náhradné zásoby pre túto linku a pridanie rýchlej kontroly odporu pri okolitej teplote ako prijímacieho-kontrolného kroku predtým, ako sa začal používať nový senzor. Poučenie zovšeobecňuje: PT100 je len taký presný ako celý merací reťazec okolo neho a „rovnaké číslo dielu“ neznamená vždy „rovnaký skutočný vodič“.
Čo vlastne skontrolovať pred objednaním
Pre väčšinu kupujúcich sa rozhodnutie skladá z piatich otázok, zhruba v tomto poradí dôležitosti:
- Aký je rozsah procesných teplôt a aká tesná musí byť tolerancia?Toto rozhoduje o triede presnosti - Trieda B (±0,30 stupňa pri 0 stupňoch) pokrýva najvšeobecnejšie monitorovanie; Trieda A alebo 1/3 DIN stojí za prémiu za regulačné slučky alebo regulované procesy.
- Aké zapojenie očakáva váš vysielač alebo PLC karta?Potvrďte to pred objednávkou, nie po -, je to jediná najčastejšia príčina problémov v teréne, ktorým sa dá vyhnúť.
- Aký je materiál plášťa a priemer sondy vhodný pre vaše procesné médium a tlak?Aplikácie s korozívnym alebo vysokotlakovým{0}}tlakom si zvyčajne vyžadujú aj teplomernú jímku, ktorá slúži ako ochrana, a preto je možné senzor vymeniť bez vypnutia.
- Potrebujete vysielač-namontovaný na hlave?Prevod na signál 4-20 mA priamo na snímači zlepšuje odolnosť proti šumu pri dlhých káblových vedeniach a stojí za dodatočné náklady v elektricky hlučnom prostredí.
- Aký je váš plán kalibrácie a výmeny?Senzory sa posúvajú v priebehu rokov tepelných cyklov. Kritické procesy sa zvyčajne kontrolujú ročne; body monitorovania nízkych{1}stáv môžu trvať dlhšie.
Poznámky k inštalácii, ktoré stojí za to vedieť
Na hĺbke vloženia záleží viac, než väčšina ľudí očakáva -, že snímacia špička musí siahať do skutočného toku alebo média, nielen prepichnúť stenu potrubia, inak namiesto procesu budete merať hraničnú vrstvu. Teplomerové jímky stoja za dodatočné náklady všade tam, kde je faktorom tlak, korózia alebo potreba výmeny za tepla-. A ak riešite problémy s údajom, ktorý sa zdá byť vypnutý, skontrolujte odpor pri známej referenčnej teplote (ľadová voda je lacná a spoľahlivá referencia 0 stupňov) skôr, ako usúdite, že problémom je vysielač alebo samotný proces.
Zrátané a podčiarknuté
Fyzika PT100 je jednoduchá a nezmenila sa desaťročia -. Odpor platiny predvídateľne rastie s teplotou a tento vzťah je štandardizovaný, takže prístroje od rôznych výrobcov sa navzájom zhodujú. Kde sa kupujúci v skutočnosti mýlia, nie je samotný výber snímača; sú to detaily okolo toho - konfigurácia zapojenia, konzistencia vodiča, materiál plášťa pre aktuálne podmienky procesu. Získajte ich priamo vo fáze špecifikácií a senzorová časť je tá jednoduchá časť.
Ak získavate snímače PT100 pre konkrétnu linku alebo časť zariadenia, zvyčajne oddeľujete snímač, ktorý funguje, od snímača, ktorý sa dvakrát vymení, kým niekto zistí skutočný problém, a pošlete tak svojmu dodávateľovi dopredu teplotný rozsah, požadovanú triedu presnosti, typ zapojenia a prostredie inštalácie -, a nie iba číslo dielu -.
Často kladené otázky
Je PT100 to isté ako RTD?
Nie - PT100 je jeden špecifický typ RTD vyrobený z platiny s odporom 100 ohmov pri 0 stupňoch . RTD je širšia kategória, ktorá zahŕňa aj PT500, PT1000 a senzory na báze niklu- alebo medi-.
Aký presný je skutočne snímač PT100?
Trieda B má presnosť približne ±0,30 stupňa pri 0 stupňoch. Trieda A to utiahne na približne ±0,15 stupňa. Vysoko{5}}presné 1/10 DIN senzory dosahujú ±0,03 stupňa, čo je väčšinou laboratórna alebo kalibračná-štandardná špecifikácia, nie niečo, čo si vyžaduje všeobecné monitorovanie procesov.
Dokáže PT100 zvládnuť teploty pod-nulou?
Áno, štandardné jednotky sú dimenzované na približne -200 stupňov , čo pokrýva väčšinu kryogénnych aplikácií a aplikácií s chladiacim reťazcom bez toho, aby bolo potrebné čokoľvek špecializované.
Prečo majú niektoré snímače PT100 tri alebo štyri vodiče namiesto dvoch?
Ďalšie vodiče umožňujú prístroju odpočítať odpor samotného vodiča, ktorý by sa inak započítal ako súčasť teplotného signálu -, čo je chyba, ktorá rastie s dĺžkou kábla.
Referencie
- Medzinárodná elektrotechnická komisia.IEC 60751 - Priemyselné platinové odporové teplomery a platinové snímače teploty.
- Národný inštitút pre štandardy a technológie (NIST).Teplotná stupnica ITS-90 a referenčné údaje platinovej odporovej termometrie.
- Omega Engineering.Referenčná príručka RTD (Resistance Temperature Detector).
- Spoločnosť Fluke Corporation.Kalibrácia: Filozofia v praxi - Odporová termometria.
