وحدة مُرسل درجة الحرارة

يأخذ مُرسل درجة الحرارة الإشارة الخام من RTD أو من زوج حراري ويحوّلها إلى إشارة حلقة معيارية يقرأها بقيّة نظام التحكّم. ووجوده لأنّ الفصيلتَين تُنتجان إشارتين لا تقدر بطاقة إدخال PLC ولا مسجّل ولا مؤشر لوحة على استعمالهما مباشرة: فإنّ RTD تُرجع مقاومة صغيرة تتوقّف على طول الأسلاك، والزوج الحراري يُرجع بضع عشرات من ميلي فولت تتوقّف على حرارة الأطراف بقدر ما تتوقّف على الحرارة المقاسة. ومعالجة تلك الإشارة عند الحسّاس، لا عند الطرف البعيد من كابل طويل، هي عُملَة الوحدة.

والوحدة في هذه الصفحة تصميم على سلكين بتغذية 24 VDC، مع خرج 4-20 mA قياسيًا وصيغة 0 إلى 10 V على الهيكل نفسه. وتغطّي المداخل عناصر المقاومة البلاتينية والنحاسية الشائعة وثمانية أنواع من الأزواج الحرارية، مع أنواع تنغستن-رينيوم وPt1000 متاحة عند الطلب، ورقم الدقة المنصوص عليه في المادة 0,2% من كامل المدى. والقاعدة 44×40 mm بكتلة أطراف بخطوة 8 mm ومضبوطَي ضبط وبرغي تركيب M3×5، والهيكل من نايلون PA66 مضاد للهب.

ولأنّ نوع المدخل تهيئة لا جهاز منفصل، تخدم وحدة واحدة مدى عريضًا من حرارة العملية: فالهيكل نفسه يغطّي Pt100 عند -200 °C وزوجًا حراريًّا من النوع B عند 1800 °C، ويختلف في المدخل المضبوط عند الطلب وفي الامتداد المسند إليه.

كيف يعمل مُرسل درجة الحرارة

تبتدئ سلسلة القياس عند العنصر. يُقرأ عنصر المقاومة بتمرير تيار إثارة صغير فيه وقياس الجهد الناتج؛ والمادة تعطي هذا التيار قدره 0,2 mA، وهو منخفض بما يكفي ليُبقي التسخين الذاتي في العنصر صغيرًا. أمّا الزوج الحراري فيُقرأ جهدًا، ولأنّ ذلك الجهد يتولّد بين الوصلة الحارّة والأطراف حيث تهبط الأسلاك، فيجب معرفة حرارة الأطراف والتعويض لها. وهذا التعويض هو سبب توصيل الزوج الحراري بالمُرسل بسلك أزواج حرارية صحيح لا بالنحاس: فوصلات النحاس تُدخل جهودها الخاصة عند النقطة التي ينتهي عندها سلك الزوج الحراري.

ثم يُخطَّط الإشارة وتُقايس. فإنّ RTD تتبع منحنى منشورًا، والزوج الحراري يتبع كثيرة حدود نوعه، وتحلّ المرحلة الأمامية الإشارة الداخلة بدقّة تكفي كي لا يكون التخطيط هو خطأ القيد: وتنصّ المادة المورَّدة على مُحوِّل دلتا-سيغما بترميز 24 خانة، وهو تمييز أكثر بكثير ممّا تحتاجه دقة 0,2% من كامل المدى. فالقدرة على التمييز والدقة مقدارتان مختلفتان، ورقم الدقة، مع معامل درجة الحرارة، هو ما يصف ما تُسلّمه الوحدة فعلًا.

وتسوق مرحلة الخرج حلقة تيار. ففي ترتيب السلكين يحمل الحِمل والإشارة معًا زوجُ أسلاك واحد، والتيار الذي تسحبه الوحدة هو القياس، لذا يجب أن تعمل الوحدة على الجهد المتبقّي بعد أن يأخذ حمل الحلقة حصّته. ولهذا ارتبط الحمل والتغذية: فحمل 250 Ω أو 500 Ω مع مقاومة الكابل هو ما يجب أن تسوقه تغذية 24 VDC، وتنصّ المادة على حدّ لمقاومة الأسلاك لهذا السبب لا بوصفها توصية كابل.

ويوجد على الوحدة مضبوطان للصفر والامتداد. ووجودهما لأنّ المُرسِل هو النقطة في الحلقة التي يمكن فيها ضبط التجميع المركَّب: فتفاوت العنصر، ومقاومة الأسلاك، ومقاومة الحلقة كلُّها تنتهي إزاحةً واحدة وخطأ كسب واحد، وكلاهما يُصحَّح عند الوحدة مقابل ترمومتر مرجعي.

كيف تختار المُرسِل المناسب

ابدأ بالحسّاس، لأنّ نوع المدخل ثابت للوحدة. فحسّاس Pt100 هو الاختيار المعتاد حيث يجب أن تكون الحرارة مُدافَعًا عنها وتبقى داخل مداها؛ ويتولّى الزوج الحراري حيث الحرارة أعلى أو النقطة أصغر من أن يفي بها عنصر مقاومة. وتدرج المادة Pt100 وCu50 وCu100 وPt1000 على جهة المقاومة، والأنواع B وE وJ وK وN وR وS وT زائد WRe3-25 وWRe5-26 على جهة الأزواج الحرارية.

ثم الامتداد، وهو القرار الأكثر أثرًا في القراءة عمليًا. فتحمل حلقة 4-20 mA مدى تيار ثابتًا، والامتداد المسند إليها يقرّر كم من الحرارة تُمثّله كل ميلي أمبير. وإسناد امتداد ضيّق حول مدى العمل يعطي قراءة أدقّ على ذلك المدى، لكنّ أي شيء خارجه يُقصّ. وتدرج المادة الامتدادات القابلة للإسناد من -20 إلى 60 °C حتى 0 إلى 600 °C بالخطوات المعطاة في جدول الاختيار، وتظهر وسمة 0-100 °C على صيغة 0 إلى 10 V.

ثم الحلقة نفسها. فالتغذية 24 VDC والحمل منصوص عليه 250 Ω أو 500 Ω، مع حدّ لمقاومة الأسلاك يجب احترامه. وحيث يطل المسار، أو يعرض الجهاز المستقبِل حملًا أثقل، فالجهد المتاح عند الوحدة هو ما يقيّد الترتيب، وتعرض المادة بناءً عند الطلب حين تتجاوز مقاومة الأسلاك على مسار Pt100 مقدار 35 Ω.

ثم البيئة والتركيب. فالمادة تعطي مدى تشغيل -30 إلى 80 °C في جدول المقدارات لكنها تصف -20 إلى +60 °C كمدى العمل المعتاد، وتدرج أيضًا مدى نقل وتخزين -40 إلى 120 °C. والهيكل قاعدة 44×40 mm ببرغي M3×5، وهو يلائم لوحة أو غلافًا ميدانيًا لا جدارًا.

وأخيرًا المسبار المرافق. فالمادة توثّق مسبارات تُرافق الوحدة، منها Pt100 ملفوف 4×30 mmφ على سلك مقاوم للماء بطول 0,5 m، وPt100 مسطَّح 7,5×20×3,6 mm، وصيغة مسلوكة مقاومة للماء على سلك 1,5 m بسنّ M6×1، وصيغة عالية الحرارة على سنّ M12×1 مقدَّرة إلى 420 °C. وعزل الأسلاك ليس واحدًا بين هذه الخيارات، والمضفّرة من الفولاذ وحدها تحمل تقدير الحرارة العالية.

الحدود والنقاط المطلوب تأكيدها

يدّعي رقم الدقة مرجعًا ليصير ذا معنى. فإنّ 0,2% من كامل المدى نسبة إلى الامتداد المسند لا إلى الحرارة المقاسة، لذا يُنتج امتداد 0 إلى 600 °C وامتداد 0 إلى 50 °C خطأين مطلقين مختلفين كثيرًا من الرقم نفسه. ولا تنصّ المادة على معيار مرجعي وراءه، فيجب قراءة الرقم بوصفه مواصفة المورّد وتأكيده مقابل شهادة حيث تعتمد التطبيقية عليه.

رقما معامل الحرارة غير مُوفَّق بينهما. فرقمٌ عامّ لا يزيد على 25 ppm/°C من كامل المدى، ورقمٌ أخصّ بمُدخل Pt100 لا يزيد على 250 ppm/K على امتداد 100 °C يختلفان بمرتبة مقداريّة، ولا تقول المادة على أيّ المداخل يعمّ الرقم العام. وحين تعمل الوحدة بعيدًا من حرارة المعايرة، يهُمّ هذه الفجوة أكثر ممّا يهمّ رقم الدقة، وإلى أن تُحسَم يكون الرقم الأوسع هو الآمن لافتراضه.

بعض الحدود في المادة تحتاج قراءة متأنّية. فحدّ مقاومة الأسلاك معطى أقلّ من 80 Ω لكلٍّ من حمل 500 Ω وحمل 250 Ω، وهو أمر غير مألوف: فمقاومة الأسلاك المسموح بها تنقص عادةً مع ارتفاع الحمل، لأنّ كليهما يستهلك جهد الحلقة نفسه. وقد أُعْلِم عن الرقم بدل نشره حدَّين متحقَّقَين منفصلين. وكذا حدّ تيار الخرج 20,3 mA هو رقم تشبّع لا نقطة تشغيل.

وتغيب عدّة مقدارات المعتاد أن تنصّ عليها المواصفة: الحماية من الدخول، وحدود الرطوبة، وجهد العزل بين المدخل والخرج، والاستقرار طويل المدى. وهي تظهر في هذه الصفحة بوصفها معلومات مطلوبة لا تقديرات. وتنصّ المادة أيضًا على أنّ المكوّنات مستوردة من دون تسمية درجة ولا منشأ، وهذا لا يُنشر هنا لأنّه لا يُسنَد من الوثيقة المورَّدة.

ونقطتان عمليّتان حول التجميع. فالمادة تنصّ على أنّ المسبارات المرافقَة تُجمَّع يدويًا وقد تحمل تبدّدًا في القياس، لذا يجب معاملة المسبار والمُرسل المزدوجين كتجميع يُضبط لا كقطعتَين قابلتَين للتبديل مستقلّتَين. وأنّ المنتج لا يحمل تسمية طراز في الوثيقة المورَّدة: فالتعريف على الهيكل وسم تهيئة، لذا يجب أن يذكر الطلب نوع المدخل وصيغة الخرج والامتداد المسند لا رمزًا.