Temperatuurtransmitter-module

Een temperatuurtransmitter-module neemt het ruwe signaal van een RTD of een thermokoppel en zet het om in een standaard lussignaal dat de rest van een regelsysteem kan lezen. Hij bestaat omdat de twee sensorfamilies signalen produceren die een PLC-ingangskaart, een recorder of een paneelindicator niet rechtstreeks kan gebruiken: een RTD levert een kleine weerstand die van de snoerlengte afhangt, en een thermokoppel levert enkele tientallen millivolts die van de temperatuur van de klemmen evenzeer afhangen als van de gemeten temperatuur. Dat signaal bij de sensor conditioneren, in plaats van aan het uiteinde van een lange kabel, is waar de module voor dient.

De module op deze pagina is een tweedraads ontwerp op een voeding van 24 VDC, met een uitgang van 4-20 mA als standaard en een 0-10 V-versie in dezelfde behuizing. De ingangen dekken de gangbare platina- en koperweerstandselementen en acht thermokoppeltypen, met wolfraam-rheniumtypen en Pt1000 op bestelling leverbaar, en het nauwkeurigheidsgetal dat in het materiaal staat is 0,2 %FS. De basis is 44×40 mm met een klemmenblok met een steek van 8 mm, twee afstelpotentiometers en M3×5-montageschroeven, en de behuizing is PA66 brandvertragend nylon.

Omdat het ingangstype een configuratie is in plaats van een apart instrument, dient één moduletype een brede reeks procestemperaturen: dezelfde behuizing dekt een Pt100 bij -200 °C en een type B-thermokoppel bij 1800 °C, met als verschil de ingangsset bij bestelling en het uitgangsbereik dat eraan is toegewezen.

Hoe een temperatuurtransmitter werkt

De meetketen begint bij het element. Een weerstandselement wordt gelezen door er een kleine bekrachtigingsstroom door te sturen en de resulterende spanning te meten; het materiaal geeft die stroom als 0,2 mA, wat laag genoeg is dat zelfverwarming in het element klein blijft. Een thermokoppel wordt als een spanning gelezen, en omdat die spanning tussen de hete las en de klemmen waar de draden landen wordt opgewekt, moet de klemtemperatuur bekend zijn en worden gecompenseerd. Die compensatie is de reden dat een thermokoppel met de juiste thermokoppeldraad op een transmitter wordt aangesloten in plaats van met koper: koperverbindingen brengen hun eigen spanningen in op het punt waar de thermokoppeldraad eindigt.

Het signaal wordt daarna gelineariseerd en geschaald. Een RTD volgt een gepubliceerde curve en een thermokoppel volgt een polynoom voor zijn type, en de frontend lost het inkomende signaal fijn genoeg op dat de linearisatie niet de beperkende fout is: het aangeleverde materiaal vermeldt een 24-bits sigma-delta-omzetter, wat veel meer resolutie is dan het nauwkeurigheidsgetal van 0,2 %FS nodig heeft. Resolutie en nauwkeurigheid zijn verschillende grootheden, en het is het nauwkeurigheidsgetal, samen met de temperatuurcoëfficiënt, dat beschrijft wat de module werkelijk levert.

De uitgangstrap stuurt een stroomlus aan. In een tweedraads opstelling draagt hetzelfde tweetal draden zowel de voeding als het signaal, en de stroom die de module trekt is de meting, dus de module moet werken op de spanning die overblijft nadat de lusweerstand zijn deel heeft genomen. Daarom zijn belasting en voeding aan elkaar gekoppeld: een belasting van 250 Ω of 500 Ω plus de kabelweerstand is wat de voeding van 24 VDC moet aandrijven, en het materiaal geeft daarom een grens aan de snoerweerstand in plaats van een kabeladvies.

Twee potentiometers zitten op de module voor nulpunt en span. Ze zijn er omdat de transmitter het punt in de lus is waar het geïnstalleerde samenstel kan worden bijgesteld: de tolerantie van het element, de snoerweerstand en de lusweerstand komen allemaal uit op één offset en één versterkingsfout, en beide kunnen bij de module tegen een referentiethermometer worden gecorrigeerd.

Hoe u de juiste transmitter kiest

Begin bij de sensor, omdat het ingangstype voor de module vastligt. Een Pt100 is de gebruikelijke keuze waar de temperatuur verdedigbaar moet zijn en binnen zijn bereik blijft; een thermokoppel neemt het over waar de temperatuur hoog genoeg is of het punt klein genoeg dat een weerstandselement onpraktisch is. Het materiaal vermeldt Pt100, Cu50, Cu100 en Pt1000 aan de weerstandszijde, en de typen B, E, J, K, N, R, S en T plus WRe3-25 en WRe5-26 aan de thermokoppelzijde.

Dan het uitgangsbereik, de beslissing die de aflezing in de praktijk het meest beïnvloedt. De 4-20 mA-lus draagt een vast stroombereik, en het bereik dat eraan wordt toegewezen bepaalt hoeveel temperatuur elke milliampère vertegenwoordigt. Een smal bereik rond het werkbereik toewijzen geeft een fijnere aflezing over dat bereik, maar alles daarbuiten wordt afgekapt. Het materiaal vermeldt de toewijsbare bereiken van -20-60 °C tot 0-600 °C in de stappen die in de selectietabel staan, en op de 0-10 V-versie verschijnt een markering van 0-100 °C.

Dan de lus zelf. De voeding is 24 VDC en de belasting wordt opgegeven als 250 Ω of 500 Ω, met een grens aan de snoerweerstand om te respecteren. Waar het traject lang is, of het ontvangende instrument een zwaardere belasting vormt, is de beschikbare spanning bij de module wat de opstelling beperkt, en het materiaal biedt een uitvoering op bestelling waar de snoerweerstand op een Pt100-traject meer dan 35 Ω bedraagt.

Dan de omgeving en de montage. Het materiaal geeft een bedrijfsbereik van -30 tot 80 °C in de parametertabel maar beschrijft -20 tot +60 °C als het gebruikelijke werkbereik, en het vermeldt ook een transport- en opslagbereik van -40 tot 120 °C. De behuizing is een basis van 44×40 mm met M3×5-schroeven, wat past bij een paneel of een veldbehuizing in plaats van een muur.

Ten slotte de bijpassende sonde. Het materiaal documenteert sondes die bij de module horen, waaronder een gewikkelde Pt100 van φ4×30 mm op een waterdicht snoer van 0,5 m, een platte Pt100 van 7,5×20×3,6 mm, een waterdichte uitvoering met schroefdraad op een snoer van 1,5 m met M6×1-schroefdraad, en een uitvoering voor hoge temperatuur op M12×1-schroefdraad, gespecificeerd tot 420 °C. De snoerisolatie is niet bij alle opties dezelfde, en alleen de roestvrijstalen gevlochten snoeren dragen de classificatie voor hoge temperatuur.

Beperkingen en punten ter bevestiging

De nauwkeurigheidsclaim heeft een referentie nodig om betekenis te hebben. 0,2 %FS is een percentage van het toegewezen bereik in plaats van van de gemeten temperatuur, dus een bereik van 0-600 °C en een bereik van 0-50 °C geven heel verschillende absolute fouten bij hetzelfde getal. Het materiaal vermeldt geen referentienorm erachter, dus het getal hoort te worden gelezen als de specificatie van de leverancier en te worden bevestigd tegen een certificaat waar de toepassing ervan afhangt.

De twee temperatuurcoëfficiëntgetallen zijn niet met elkaar in overeenstemming gebracht. Een algemene ≤25 ppm/°C FS en een Pt100-specifieke ≤250 ppm/K FS op een bereik van 100 °C verschillen een orde van grootte, en het materiaal zegt niet welke ingangen het algemene getal dekt. Waar de module buiten de kalibratietemperatuur werkt, doet dat gat er meer toe dan het nauwkeurigheidsgetal, en tot het is opgelost is het ruimere getal het veilige om aan te nemen.

Sommige grenzen in het materiaal moeten aandachtig worden gelezen. De snoerweerstandgrens wordt gegeven als onder 80 Ω voor zowel een belasting van 500 Ω als een belasting van 250 Ω, wat ongebruikelijk is: de toelaatbare snoerweerstand daalt normaal naarmate de belasting stijgt, omdat beide dezelfde lusspanning verbruiken. Het getal is gemarkeerd in plaats van als twee aparte geverifieerde grenzen gepubliceerd. De begrenzing van de uitgangsstroom van 20,3 mA is eveneens een verzadigingsgetal, geen werkpunt.

Verschillende parameters die een specificatie gewoonlijk vermeldt, ontbreken: beschermingsgraad, vochtigheidsgrenzen, de isolatiespanning tussen ingang en uitgang, en langetermijnstabiliteit. Ze verschijnen op deze pagina als gegevens vereist in plaats van als schattingen. Het materiaal stelt ook dat de componenten zijn ingevoerd zonder een kwaliteit of herkomst te noemen, wat hier niet wordt gepubliceerd omdat het niet uit het aangeleverde document kan worden gestaafd.

Twee praktische punten over het samenstel. Het materiaal stelt dat de bijpassende sondes met de hand worden samengesteld en meetvariatie kunnen dragen, dus de gepaarde sonde en transmitter horen te worden behandeld als een samenstel dat moet worden bijgesteld in plaats van als twee onafhankelijk verwisselbare onderdelen. En het product draagt geen modelaanduiding in het aangeleverde document: de identificatie op de behuizing is een configuratielabel, dus een bestelling hoort het ingangstype, de uitgangsvorm en het toegewezen bereik te vermelden in plaats van een code.