Was Temperaturtransmitter sind
Ein Temperaturtransmitter formt das Signal eines Temperatursensors in einen genormten Ausgang um, den der übrige Teil einer Steuerung lesen kann. Er existiert, weil keine der beiden Sensorfamilien ein Signal liefert, das eine Steuerung direkt aufnehmen kann: Ein Widerstandselement liefert einen kleinen Widerstand, der von der Leitungslänge ebenso abhängt wie von der Temperatur, und ein Thermoelement liefert einige zehn Mikrovolt, die von der Temperatur der Klemmen ebenso abhängen wie von der gemessenen Temperatur.
Transmitter werden an zwei Stellen aus zwei zusammenhängenden Gründen eingebaut. Der erste ist elektrisch: Die Umformung am Sensor, bevor das Signal wandert, beseitigt die Störungen, die ein Mikrovolt- oder Milliohmsignal an einer Maschine oder entlang einer Kabeltrasse aufnimmt, und sie beseitigt den Fehler durch den Leitungswiderstand, der sonst im Messwert steckt. Der zweite ist organisatorisch: Eine 4-20-mA-Schleife lässt sich von einem Schreiber, einer SPS-Eingangskarte, einem Feldanzeiger oder einem Leitsystem lesen, ohne dass eines davon wissen muss, welcher Sensor dahintersteht, und die Schleife lässt sich mit einem Messgerät prüfen.
Die Bandbreite der Transmitter ist groß, weil diese Gründe auf unterschiedlichen Aufwandsstufen erfüllt werden. Ein Puck für den Klemmenkopf des Sensors, ein Hutschienenmodul für den Schaltschrank, ein Feldgehäuse für eine raue Umgebung und ein Reihentrenner mit mehreren Kanälen leisten dieselbe Arbeit mit unterschiedlicher Montage, Trennung und Kanaldichte. Der Eingang ist üblicherweise konfigurierbar und nicht fest, sodass derselbe Baustein mehrere Sensortypen abdeckt, wenn der Eingang bei der Bestellung oder vor Ort eingestellt wird.
Käufer kommen von beiden Enden zum Transmitter. Von der Sensorseite ist er die Antwort auf eine lange Strecke oder eine störbehaftete Umgebung. Von der Systemseite ist er der Adapter, mit dem eine vorhandene SPS-Eingangskarte eine Temperatur lesen kann; dann sind Ausgangsform, Trennung und Last zu klären und nicht der Sensor.
Wie Temperaturtransmitter messen
Die Messkette beginnt am Element. Ein Widerstandselement wird gelesen, indem ein kleiner Erregungsstrom durchgeschickt und die entstehende Spannung gemessen wird; der Strom wird niedrig gehalten, damit die in ihm umgesetzte Leistung die Elementtemperatur nicht spürbar erhöht. Ein Thermoelement wird als Spannung gelesen, und weil diese Spannung zwischen der Messstelle und den Klemmen entsteht, an denen die Drähte ankommen, muss die Temperatur an diesen Klemmen gemessen und kompensiert werden.
Danach wird das Signal linearisiert und skaliert. Ein RTD folgt einer veröffentlichten Kurve, ein Thermoelement einem Polynom für seinen Buchstabentyp, und der Transmitter führt die Linearisierung mit, die das empfangende Gerät sonst leisten müsste. Auflösung der Eingangsstufe und Genauigkeit des Transmitters sind verschiedene Größen: Ein Wandler mit weit mehr Auflösung als die Genauigkeitsangabe ist normal, denn die Auflösung darf nicht begrenzen, statt zur angegebenen Genauigkeit zu passen.
Die Ausgangsstufe treibt eine Stromschleife. Bei einer Zweileiteranordnung führt dasselbe Leiterpaar Versorgung und Signal, und der vom Transmitter aufgenommene Strom ist die Messung; der Transmitter muss daher mit der Spannung arbeiten, die übrig bleibt, nachdem der Schleifenwiderstand seinen Anteil genommen hat. Das Schleifenbudget ist deshalb eine echte Randbedingung: Versorgungsspannung, die eigene Mindestbetriebsspannung des Transmitters, der Empfangswiderstand und der Kabelwiderstand summieren sich, und der Punkt, an dem der Transmitter 20 mA nicht mehr erreicht, ist der Punkt, an dem die Anordnung aufhört zu funktionieren. Deshalb werden Last und Versorgung bei einem Transmitter gemeinsam angegeben und deshalb verkürzt eine höhere Last die zulässige Kabellänge.
Zwei weitere Punkte entscheiden, ob die Installation das misst, was sie soll. Der erste ist die Lage der Kaltstelle: Ein im Sensorkopf montierter Transmitter kompensiert selbst direkt an den Klemmen, während ein im Schaltschrank montierter darauf angewiesen ist, dass ein Ausgleichskabel ihn erreicht. Der zweite ist die Trennung. Wo der Sensor geerdetes Metall berührt oder wo eine Karte mehrere Kanäle liest, verhindert ein Transmitter oder Trenner, der Eingang von Ausgang trennt, dass die Schleife einen Weg zwischen Punkten führt, die nicht verbunden sein sollten.
Ausführungsvarianten
Der größte Teil der Spezifikation wird durch diese Entscheidungen festgelegt und nicht durch die Genauigkeitsklasse. Jede schränkt die nächste ein, deshalb werden sie der Reihe nach geklärt.
| Entscheidung | Festzulegende Optionen | Was sie tatsächlich entscheidet |
| Eingangsart | Widerstandselemente und Thermoelement-Buchstabentypen, üblicherweise per Konfiguration gewählt und nicht über die Hardware | Welche Sensoren der Baustein lesen kann. Der Eingang muss zum verwendeten Sensor passen: Ein für eine Familie konfigurierter Baustein meldet von der anderen einen plausiblen und falschen Wert. |
| Eingangskreis | Zwei-, Drei- oder Vierleiter bei einem Widerstandselement; Thermoelementdraht direkt bei einem Thermoelement | Wie viel Leitungswiderstand im Messwert verbleibt. Bei einem Widerstandselement addiert ein Zweileiteranschluss die Leitungen zum Element und erscheint als fester Versatz; ein Dreileiteranschluss hebt gleich lange Leitungen auf. |
| Ausgangsform | Zweileiter 4-20 mA, Dreileiter-Spannung oder eine Vierleiteranordnung mit Schleifen- oder separater Versorgung | Was das empfangende Gerät aufnehmen kann und wie viele Adern die Installation benötigt. Zweileiter ist die übliche Prozessantwort und die Form, die die meisten Eingangskarten erwarten. |
| Montage | Puck für den Sensorkopf, Hutschienenmodul, Feldgehäuse mit Kabeleinführungen oder ein Trennerblock mit mehreren Kanälen | Wo die Umformung stattfindet und damit, wo Kaltstelle und Störungen sitzen. Ein kopffmontierter Transmitter verkürzt den Kleinsignalweg; ein Schienenmodul bündelt die Kanäle im Schaltschrank. |
| Trennung | Keine, Eingang zu Ausgang oder Eingang, Ausgang und Versorgung jeweils getrennt | Ob zwischen Sensorkreis und Steuerkreis ein Weg besteht. Galvanische Trennung ist es, die einen potenzialfreien Sensor lesbar macht und verhindert, dass mehrere Kanäle einander stören. |
| Zugeordnete Messspanne | Der auf den Ausgang abgebildete Temperaturbereich, bei der Bestellung festgelegt und üblicherweise einstellbar | Die über den Arbeitsbereich verfügbare Auflösung und was außerhalb geschieht. Eine schmale Spanne löst fein auf und begrenzt früher; eine weite Spanne begrenzt nie und löst grob auf. |
So wählen Sie Temperaturtransmitter aus
| Faktor | Wie er geklärt wird | Warum er die Antwort bestimmt |
|---|
| Der verwendete Sensor | Nennen Sie Elementart und Anschluss: ein Pt100 in drei Adern, ein Pt1000 in zwei, ein Thermoelement Typ K. | Die Eingangskonfiguration folgt daraus, und ebenso die Zahl der Adern. Hier einen Fehler zu machen ist der häufigste Grund, warum ein Transmitter einen Wert liefert, der fast, aber nicht ganz richtig ist. |
| Das Schleifenbudget | Addieren Sie Empfangswiderstand, Kabelwiderstand und die Mindestbetriebsspannung des Transmitters und prüfen Sie dann, ob die Versorgung noch 20 mA treiben kann. | Diese Rechnung entscheidet, ob ein Zweileiter-Transmitter überhaupt funktioniert. Ein höherer Empfangswiderstand oder eine längere Strecke können die Anordnung außerhalb der Versorgung bringen, und das Symptom ist ein Messwert, der am oberen Ende des Bereichs nicht weiter steigt. |
| Die zugeordnete Messspanne | Legen Sie die Spanne auf den Arbeitsbereich des Prozesses fest und nicht auf den Gesamtbereich des Sensors. | Die Auflösung des Ausgangs verteilt sich über die Spanne, eine engere Spanne löst darin also besser auf. Der Preis ist, dass alles außerhalb der Spanne nicht mehr dargestellt wird und der Sättigungswert von einem echten Messwert unterscheidbar sein muss. |
| Wo die Umformung stattfindet | Entscheiden Sie zwischen einem kopffmontierten Transmitter und einem Schrank- oder Schienenmodul. | Ein kopffmontiertes Gerät kompensiert an den Klemmen und verkürzt den Weg des kleinen Signals. Ein Schienenmodul passt für viele Kanäle an einem Ort und für eine bereits verlegte Ausgleichsleitung. |
| Anforderung an die Trennung | Klären Sie, ob der Sensor geerdetes Metall berührt und ob mehrere Kanäle eine Eingangskarte gemeinsam nutzen. | Die Trennung ist es, die Kreise auseinanderhält, die sonst über die Schleife verbunden wären. Wo die Sonde an einen Behälter oder an die Maschine geschweißt ist, ist sie üblicherweise nicht optional. |
| Umgebung | Nennen Sie die Umgebungstemperatur am Montageort, die Feuchte und ob der Ort klassifiziert ist oder abgespritzt wird. | Ein kopffmontierter Transmitter sitzt am heißen Ende und sieht die Prozesstemperatur über den Kopf; ein Schrankgerät sieht den Schaltschrank. Beide haben Grenzen, die unter denen des Sensors liegen, dem sie dienen. |
Die nächstliegenden Alternativen
Das sind die Typen, um die es bei einer Anfrage für Temperaturtransmitter meist tatsächlich geht, und der Punkt, an dem die Auswahl wirklich entschieden wird.
| Nächste Alternative | Was sie vom Temperaturtransmitter unterscheidet |
| RTD-Temperatursensoren | Führt die Messung durch. Ein Transmitter trägt kein eigenes Messelement, die beiden werden also üblicherweise gemeinsam spezifiziert: Der Sensor bestimmt Bereich und Genauigkeit, der Transmitter bestimmt, wie das Signal aussieht, wenn es ankommt. |
| Thermoelemente | Erzeugt die Spannung, die der Transmitter liest, und ist der Sensor, der einen Transmitter am meisten benötigt, weil sein Signal klein ist und seine Kaltstelle behandelt werden muss. Auf einer kurzen Strecke mit nahem Gerät wird das Thermoelement direkt verdrahtet und kein Transmitter eingebaut. |
| Widerstandsthermometer | Das nackte Widerstandselement, geliefert als Bauteil mit Anschlussdrähten. Es hat dasselbe Verhältnis zu einem Transmitter wie eine vollständige Sonde: Der Transmitter liest es, und wo das Element ohne Anschlusskopf geliefert wird, ist der Transmitter üblicherweise abgesetzt montiert. |
| Temperaturanzeiger | Zeigt den Wert an, statt ihn umzuformen. Ein Anzeiger nimmt ein Schleifensignal oder ein Sensorsignal auf und stellt es dar; ein Transmitter erzeugt das Schleifensignal, das ein Anzeiger lesen würde, und viele Schaltschrankgeräte vereinen beide Rollen. |
| Temperaturschalter | Liefert bei einem Schaltpunkt einen Kontakt und keinen kontinuierlichen Wert und wird für Verriegelungen gewählt und nicht für die Messung. Werden ein Messwert und eine Abschaltung zugleich benötigt, kommt der Messwert von einem Transmitter und die Abschaltung ist eine eigene Funktion. |
| Temperaturregler | Liest den Sensor und treibt eine Heizung oder Kühlung auf einen Sollwert hin. Ein Regler nimmt den Sensor üblicherweise direkt auf, ein Transmitter wird ihm nur dort vorgeschaltet, wo die Strecke lang ist oder das Signal geteilt werden muss. |
Der Transmitter wird zuletzt gewählt, und er ist es, der die erste Antwort angebotsfähig macht. Nennen Sie den Sensor, die Schleifenlast, die Versorgung und den Montageort, und der Rest folgt.
Was die Anfrage enthalten sollte
Die erste Antwort kann ein Angebot sein statt einer Liste von Fragen, wenn die Anfrage diese Angaben enthält. Ist ein Wert nicht bekannt, senden Sie die Beschreibung der Aufgabe und wir bestätigen, was daraus folgt.
- Sensortyp und Anzahl der verwendeten Adern
- Temperaturbereich und die zugeordnete Ausgangsspanne
- Geforderte Genauigkeit und die Norm, gegen die sie angegeben wird
- Ausgangsform und empfangendes Gerät mit seiner Eingangsimpedanz
- Verfügbare Versorgungsspannung am Montageort
- Länge der Kabelstrecke und bereits verlegter Aderquerschnitt
- Montageort: Sensorkopf, Hutschiene, Feldgehäuse oder Trennerblock
- Anzahl der Kanäle und ob die Eingänge eine gemeinsame Rückleitung nutzen dürfen
- Anforderungen an Trennung und an explosionsgefährdete Bereiche
- Menge, Bestimmungshafen und gewünschter Liefertermin
