温度トランスミッタモジュール

温度トランスミッタモジュールは、測温抵抗体または熱電対の生の信号を受け取り、制御システムの他の部分が読める標準的なループ信号に変えます。これが存在するのは、二つのセンサ系統が生み出す信号を、PLC 入力カード、記録計、盤面表示器がそのままでは使えないからです。測温抵抗体はリード線長に依存する小さな抵抗を返し、熱電対は端子の温度に、測っている温度と同じくらい左右される数十ミリボルトを返します。その信号を長いケーブルの末端ではなくセンサのそばで整えることが、このモジュールの役割です。

このページのモジュールは、24 VDC 電源の 2 線式設計で、標準の出力は 4-20 mA、同じ筐体に 0-10 V 版もあります。入力は一般的な白金と銅の測温抵抗素子、および 8 種の熱電対に対応し、タングステン・レニウム系と Pt1000 は受注対応です。資料に示された精度の値は 0.2 %FS です。ベースは 44×40 mm で、8 mm ピッチの端子台、二つの調整用ポテンショメータ、M3×5 の取付ねじを備え、筐体は難燃性ナイロン PA66 です。

入力形式は別の計器ではなく構成であるため、一つのモジュールの種類で広いプロセス温度を担えます。同じ筐体が -200℃ の Pt100 と 1800℃ の B 型熱電対をカバーし、違いは注文時に設定する入力と、割り当てる出力スパンにあります。

温度トランスミッタの動作の仕組み

測定の連鎖は素子から始まります。測温抵抗素子は、小さな励起電流を流して生じる電圧を測ることで読み取ります。資料はその電流を 0.2 mA としており、素子の自己発熱が小さく留まる程度に低い値です。熱電対は電圧として読み取られ、その電圧は高温接点と導線が着く端子の間に生じるため、端子の温度を知って補償する必要があります。熱電対を銅線ではなく正しい熱電対用の導線でトランスミッタに接続するのは、その補償のためです。銅の接続点は、熱電対用の導線が終わる所でそれ自身の電圧を持ち込むからです。

続いて信号は線形化され、スケーリングされます。測温抵抗体は公表された曲線に従い、熱電対はその型の多項式に従います。フロントエンドは入ってくる信号を十分細かく分解するので、線形化が支配的な誤差にはなりません。提供資料は 24 ビットのシグマデルタ変換器を挙げており、これは 0.2 %FS という精度の値が必要とするよりもはるかに高い分解能です。分解能と精度は別の量であり、モジュールが実際に届けるものを表すのは、温度係数とともに精度の値のほうです。

出力段は電流ループを駆動します。2 線式の構成では、同じ一対の線が電源と信号の両方を担い、モジュールが引き込む電流が測定値そのものなので、モジュールは、ループ抵抗が取り分を取った後に残る電圧で動作しなければなりません。負荷と電源が結び付いているのはそのためです。250 Ω または 500 Ω の負荷とケーブル抵抗を 24 VDC 電源が駆動しなければならず、資料がリード線抵抗の限界を述べているのは、ケーブルの推奨としてではなく、その理由によります。

モジュールにはゼロとスパン用の二つのポテンショメータがあります。トランスミッタが、設置した組み合わせを調整できるループ内の一点だからです。素子の公差、リード線抵抗、ループ抵抗は、結局は一つのオフセットと一つのゲイン誤差になり、そのどちらも基準温度計に対してモジュールで補正できます。

トランスミッタの選定

まずセンサから始めます。入力形式はモジュールごとに固定だからです。温度を説明可能な形で示す必要があり、その範囲内に収まるなら、Pt100 が通常の選択です。温度が十分高い、または測定点が小さくて測温抵抗素子が現実的でない場合は、熱電対が引き継ぎます。資料は測温抵抗体側に Pt100、Cu50、Cu100、Pt1000 を、熱電対側に B、E、J、K、N、R、S、T 型と WRe3-25、WRe5-26 を挙げています。

次に出力スパンです。実際の読みに最も影響する判断です。4-20 mA ループは固定の電流域を伝え、割り当てたスパンが、1 ミリアンペアあたりどれだけの温度を表すかを決めます。使用範囲のまわりに狭いスパンを割り当てると、その範囲ではより細かい読みが得られますが、その外側は振り切れます。資料は、選定表に示された刻みで、-20〜60℃ から 0〜600℃ まで割り当て可能なスパンを挙げており、0-10 V 版には 0-100℃ の表示があります。

次にループそのものです。電源は 24 VDC、負荷は 250 Ω または 500 Ω とされ、守るべきリード線抵抗の限界があります。配線が長い場合、または受け側の計器がより重い負荷を提示する場合、モジュールで利用できる電圧が構成を制約します。資料は、Pt100 の配線でリード線抵抗が 35 Ω を超える場合に受注対応を用意しています。

次に環境と取付です。資料はパラメータ表で -30〜80℃ の動作範囲を与えていますが、通常の使用範囲として -20〜+60℃ を挙げ、輸送と保管の範囲として -40〜120℃ も記載しています。筐体は M3×5 ねじ付きの 44×40 mm のベースで、壁ではなく、盤または現場の制御箱に適します。

最後に組み合わせるプローブです。資料はモジュールに合わせるプローブを記載しており、0.5 m の防水リード線付きで φ4×30 mm の巻き形 Pt100、7.5×20×3.6 mm の平形 Pt100、M6×1 ねじで 1.5 m のリード線付きのねじ込み防水形、420℃ まで対応する M12×1 ねじの高温形が含まれます。これらの選択肢ではリード線の絶縁が同一ではなく、高温の定格を持つのはステンレス編組のリード線だけです。

限界と確認事項

精度の主張は、基準があって初めて意味を持ちます。0.2 %FS は、測っている温度ではなく割り当てたスパンに対する割合なので、0〜600℃ のスパンと 0〜50℃ のスパンでは、同じ値からかなり異なる絶対誤差が出ます。資料はその根拠となる規格を述べていないため、この値は供給元の仕様として読み、用途がそれに依存する場合は証明書と照らして確認すべきです。

二つの温度係数の値は整合していません。一般の ≤25 ppm/℃ FS と、Pt100 固有の、100℃ スパンでの ≤250 ppm/K FS は桁が一つ違い、資料は一般の値がどの入力に当てはまるかを述べていません。モジュールが校正温度から離れて動作する場合、その差は精度の値よりも重要であり、解決するまでは、広いほうの値を安全側として想定すべきです。

資料のいくつかの限界は注意して読む必要があります。リード線抵抗の限界は、500 Ω 負荷でも 250 Ω 負荷でも 80 Ω 未満とされており、これは珍しいことです。許容できるリード線抵抗は通常、負荷が上がるにつれて下がります。両者が同じループ電圧を消費するからです。この値は、二つの別々の検証済みの限界として公開するのではなく、フラグを付けてあります。20.3 mA という出力電流の上限も同様に、動作点ではなく飽和の値です。

仕様書が通常示すいくつかのパラメータが欠けています。保護等級、湿度の限界、入力と出力の間の絶縁電圧、長期安定性です。これらはこのページでは、推定値ではなくデータ要確認として示しています。資料はまた、部品が輸入品であると述べていますが、等級も出所も挙げておらず、提供文書から裏付けられないため、ここでは公開していません。

組み合わせについての実務上の二点です。資料は、組み合わせるプローブが手作業で組み立てられ、測定のばらつきを持ちうると述べているため、対にしたプローブとトランスミッタは、二つの独立に交換できる部品としてではなく、調整すべき一つの組み合わせとして扱うべきです。また、製品は提供文書に機種の呼称を持ちません。筐体の識別表示は構成のラベルなので、注文ではコードではなく、入力形式、出力形式、割り当てるスパンを述べるべきです。