Modul teplotního vysílače

Modul teplotního vysílače bere surový signál z odporového čidla nebo termočlánku a mění ho na standardní smyčkový signál, který zbytek řídicího systému dokáže číst. Existuje proto, že obě rodiny čidel dávají signály, které vstupní karta PLC, zapisovač ani panelový ukazatel nedokážou použít přímo: odporové čidlo vrací malý odpor, který závisí na délce vedení, a termočlánek vrací několik desítek milivoltů, které závisí na teplotě svorek stejně jako na měřené teplotě. Upravit tento signál u čidla, nikoli na vzdáleném konci dlouhého kabelu, je to, k čemu modul slouží.

Modul na této stránce je dvouvodičové provedení s napájením 24 VDC, standardně s výstupem 4-20 mA a s verzí 0-10 V ve stejném krytu. Vstupy pokrývají běžné platinové a měděné odporové prvky a osm typů termočlánků, s typy z wolframu a rhenia a s Pt1000 na objednávku, a údaj o přesnosti uvedený v podkladech je 0,2 %FS. Základna má 44×40 mm, svorkovnici s roztečí 8 mm, dva seřizovací potenciometry a montážní šrouby M3×5, a kryt je z PA66 samozhášecího polyamidu.

Protože typ vstupu je konfigurace, nikoli samostatný přístroj, jeden typ modulu obslouží široké pásmo procesních teplot: týž kryt pokryje Pt100 při -200 °C i termočlánek typu B při 1 800 °C, s rozdílem v sadě vstupů při objednávce a v přiděleném rozsahu výstupu.

Jak teplotní vysílač funguje

Měřicí řetěz začíná u prvku. Odporový prvek se čte tak, že se jím nechá procházet malý budicí proud a měří se výsledné napětí; podklady uvádějí tento proud jako 0,2 mA, což je dost málo na to, aby vlastní ohřev prvku zůstal malý. Termočlánek se čte jako napětí, a protože toto napětí vzniká mezi měřicím spojem a svorkami, na které dosedají vodiče, musí být teplota svorek známa a kompenzována. Ta kompenzace je důvod, proč se termočlánek připojuje k vysílači správným termočlánkovým vedením, nikoli měděným: měděné spoje vnášejí vlastní napětí v místě, kde termočlánkové vedení končí.

Signál se potom linearizuje a škáluje. Odporové čidlo sleduje zveřejněnou křivku a termočlánek sleduje polynom pro svůj typ, a vstupní stupeň rozliší přicházející signál dost jemně na to, aby linearizace nebyla omezující chybou: dodané podklady uvádějí 24bitový sigma-delta převodník, což je podstatně větší rozlišení, než údaj o přesnosti 0,2 %FS potřebuje. Rozlišení a přesnost jsou různé veličiny a právě údaj o přesnosti spolu s teplotním součinitelem popisuje, co modul skutečně dodává.

Výstupní stupeň budí proudovou smyčku. Ve dvouvodičovém uspořádání nese táž dvojice vodičů napájení i signál a proud odebíraný modulem je měřenou hodnotou, takže modul musí pracovat s napětím, které zůstane poté, co si odpor smyčky vezme svůj díl. Proto jsou zátěž a napájení svázány: zátěž 250 Ω nebo 500 Ω plus odpor kabelu je to, co musí napájení 24 VDC vybudit, a podklady uvádějí mez odporu vedení z tohoto důvodu, nikoli jako doporučení kabelu.

Na modulu jsou dva potenciometry pro nulu a rozsah. Jsou tam proto, že vysílač je místem ve smyčce, kde lze instalovanou sestavu seřídit: tolerance prvku, odpor vedení a zatěžovací rezistor smyčky skončí jako jediný posun nuly a jediná chyba zesílení, a obojí lze na modulu opravit proti referenčnímu teploměru.

Jak vybrat správný vysílač

Začněte čidlem, protože typ vstupu je u modulu pevně dán. Pt100 je obvyklá volba tam, kde má být teplota obhajitelná a zůstává ve svém rozsahu; termočlánek přebírá tam, kde je teplota dost vysoká nebo místo dost malé na to, aby byl odporový prvek nepraktický. Podklady uvádějí na odporové straně Pt100, Cu50, Cu100 a Pt1000 a na straně termočlánků typy B, E, J, K, N, R, S a T plus WRe3-25 a WRe5-26.

Pak rozsah výstupu, což je rozhodnutí, které v praxi odečet ovlivní nejvíc. Smyčka 4-20 mA nese pevný proudový rozsah a přidělený rozsah rozhoduje o tom, kolik teploty připadá na jeden miliampér. Přidělení úzkého rozsahu kolem pracovního pásma dává jemnější odečet v tomto pásmu, ale vše mimo něj se ořízne. Podklady uvádějí přidělitelné rozsahy od -20-60 °C do 0-600 °C v krocích uvedených ve výběrové tabulce a na verzi 0-10 V se objevuje označení 0-100 °C.

Pak smyčka sama. Napájení je 24 VDC a zátěž je uvedena jako 250 Ω nebo 500 Ω, s mezí odporu vedení, kterou je třeba dodržet. Kde je vedení dlouhé, nebo přijímací přístroj představuje těžší zátěž, je to napětí dostupné na modulu, které uspořádání omezuje, a podklady nabízejí provedení na objednávku tam, kde odpor vedení na trase Pt100 překročí 35 Ω.

Pak prostředí a montáž. Podklady uvádějí provozní rozsah -30 až 80 °C v parametrové tabulce, ale -20 až +60 °C popisují jako obvyklý pracovní rozsah, a uvádějí také přepravní a skladovací rozsah -40 až 120 °C. Kryt je základna 44×40 mm se šrouby M3×5, což vyhovuje panelu nebo provozní skříni, nikoli zdi.

Nakonec párová sonda. Podklady dokumentují sondy k modulu, včetně válcovaného Pt100 o φ4×30 mm na 0,5 m vodotěsném vedení, plochého Pt100 o 7,5×20×3,6 mm, závitové vodotěsné verze na 1,5 m vedení se závitem M6×1 a vysokoteplotní verze se závitem M12×1 určené do 420 °C. Izolace vedení není u těchto možností stejná a vysokoteplotní určení nesou jen vedení s nerezovým opletem.

Omezení a body k potvrzení

Tvrzení o přesnosti potřebuje referenci, aby mělo význam. 0,2 %FS je procento přiděleného rozsahu, nikoli měřené teploty, takže rozsah 0-600 °C a rozsah 0-50 °C dávají ze stejného údaje dosti rozdílné absolutní chyby. Podklady k němu neuvádějí žádnou normu, takže údaj je třeba číst jako specifikaci dodavatele a tam, kde na něm aplikace závisí, jej potvrdit proti certifikátu.

Dva údaje o teplotním součiniteli nejsou sjednoceny. Obecný ≤25 ppm/°C FS a údaj specifický pro Pt100 ≤250 ppm/K FS při rozsahu 100 °C se liší řádem a podklady neuvádějí, které vstupy obecný údaj pokrývá. Kde modul pracuje mimo kalibrační teplotu, záleží na této mezeře víc než na údaji o přesnosti, a dokud není vyřešena, je bezpečné předpokládat širší údaj.

Některé meze v podkladech je třeba číst pozorně. Mez odporu vedení je uvedena jako pod 80 Ω pro zátěž 500 Ω i pro zátěž 250 Ω, což je neobvyklé: přípustný odpor vedení obvykle klesá s rostoucí zátěží, protože obě odebírají stejné napětí smyčky. Údaj je označen, nikoli zveřejněn jako dvě samostatné ověřené meze. Proudové omezení výstupu 20,3 mA je rovněž saturační údaj, nikoli pracovní bod.

Několik parametrů, které specifikace obvykle uvádí, chybí: stupeň krytí, meze vlhkosti, izolační napětí mezi vstupem a výstupem a dlouhodobá stabilita. Na této stránce jsou uvedeny jako vyžadované informace, nikoli jako odhady. Podklady také uvádějí, že součásti jsou dovezené, aniž by jmenovaly jakost nebo původ, což zde není zveřejněno, protože to z dodaného dokumentu nelze doložit.

Dva praktické body k sestavě. Podklady uvádějí, že párové sondy jsou sestavovány ručně a mohou nést kolísání měření, takže párovou sondu a vysílač je třeba brát jako sestavu, kterou je třeba seřídit, nikoli jako dva navzájem nezávisle zaměnitelné díly. A výrobek v dodaném dokumentu nenese žádné označení modelu: identifikace na krytu je konfigurační štítek, takže objednávka má uvést typ vstupu, formu výstupu a přidělený rozsah, nikoli kód.