Moduł przetwornika temperatury

Moduł przetwornika temperatury przyjmuje surowy sygnał z RTD lub termopary i zamienia go na standardowy sygnał pętli, który reszta systemu sterowania może odczytać. Istnieje, ponieważ obie rodziny czujników wytwarzają sygnały, których karta wejściowa PLC, rejestrator czy wskaźnik panelowy nie mogą użyć bezpośrednio: RTD zwraca małą rezystancję zależną od długości przewodów, a termopara zwraca kilkadziesiąt miliwoltów zależnych od temperatury zacisków tak samo jak od mierzonej temperatury. Kondycjonowanie tego sygnału przy czujniku, a nie na drugim końcu długiego kabla, jest tym, do czego moduł służy.

Moduł na tej stronie to konstrukcja dwuprzewodowa na zasilaniu 24 VDC, z wyjściem 4-20 mA standardowo i wersją 0-10 V na tej samej obudowie. Wejścia obejmują powszechne platynowe i miedziane elementy rezystancyjne oraz osiem typów termopar, z typami wolframowo-renowymi i Pt1000 dostępnymi na zamówienie, a wartość dokładności podana w materiale to 0,2 %FS. Podstawa ma 44×40 mm z listwą zaciskową o rozstawie 8 mm, dwoma potencjometrami regulacyjnymi i śrubami montażowymi M3×5, a obudowa to PA66 nylon samogasnący.

Ponieważ typ wejścia jest konfiguracją, a nie osobnym przyrządem, jeden typ modułu obsługuje szeroką rozpiętość temperatur procesowych: ta sama obudowa pokrywa Pt100 przy -200 °C i termoparę typ B przy 1800 °C, różniąc się zestawem wejść przy zamówieniu i przypisaną rozpiętością wyjściową.

Jak działa przetwornik temperatury

Łańcuch pomiarowy zaczyna się od elementu. Element rezystancyjny jest odczytywany przez przepuszczenie małego prądu ekscytacji przez niego i pomiar wynikowego napięcia; materiał podaje ten prąd jako 0,2 mA, na tyle niski, że samogrzanie w elemencie pozostaje małe. Termopara jest odczytywana jako napięcie, i ponieważ to napięcie jest generowane między spojem gorącym a zaciskami, na których lądują przewody, temperatura zacisków musi być znana i kompensowana. Ta kompensacja jest powodem, dla którego termopara jest podłączona do przetwornika prawidłowym przewodem termoparowym, a nie miedzianym: miedziane połączenia wprowadzają własne napięcia w miejscu, gdzie przewód termopary się kończy.

Sygnał jest następnie linearyzowany i skalowany. RTD podąża za opublikowaną krzywą, a termopara podąża za wielomianem dla swojego typu, a front end rozdzielcza sygnał wejściowy na tyle drobno, że linearyzacja nie jest błędem granicznym: dostarczony materiał podaje 24-bitowy przetwornik sigma-delta, co jest znacznie większą rozdzielczością niż potrzebuje wartość dokładności 0,2 %FS. Rozdzielczość i dokładność to różne wielkości i to wartość dokładności, razem ze współczynnikiem temperaturowym, opisuje to, co moduł faktycznie dostarcza.

Stopień wyjściowy steruje pętlą prądową. W układzie dwuprzewodowym ta sama para przewodów niesie zarówno zasilanie, jak i sygnał, a prąd pobierany przez moduł jest pomiarem, więc moduł musi pracować na napięciu, które pozostaje po tym, jak rezystancja pętli weźmie swoją część. Dlatego obciążenie i zasilanie są powiązane: obciążenie 250 Ω lub 500 Ω plus rezystancja kabla to to, co zasilanie 24 VDC musi napędzić, i materiał podaje granicę rezystancji przewodów z tego powodu, a nie jako zalecenie dotyczące kabla.

Dwa potencjometry siedzą na module dla zera i zakresu. Są tam, ponieważ przetwornik jest punktem w pętli, gdzie zainstalowany zespół może być trymowany: tolerancja elementu, rezystancja przewodów i rezystor pętli kończą się jako pojedynczy offset i pojedynczy błąd wzmocnienia, i oba mogą być skorygowane przy module względem wzorcowego przyrządu temperaturowego.

Jak dobrać właściwy przetwornik

Zacznij od czujnika, ponieważ typ wejścia jest stały dla modułu. Pt100 to zwykły wybór tam, gdzie temperatura musi być uzasadniona i mieści się w jego zakresie; termopara przejmuje tam, gdzie temperatura jest na tyle wysoka lub punkt na tyle mały, że element rezystancyjny jest niepraktyczny. Materiał wymienia Pt100, Cu50, Cu100 i Pt1000 po stronie rezystancyjnej oraz typy B, E, J, K, N, R, S i T plus WRe3-25 i WRe5-26 po stronie termopar.

Następnie rozpiętość wyjściowa, czyli decyzja, która najbardziej wpływa na odczyt w praktyce. Pętla 4-20 mA niesie stały zakres prądowy, a przypisana rozpiętość decyduje, ile temperatury reprezentuje każdy miliamper. Przypisanie wąskiej rozpiętości wokół zakresu roboczego daje drobniejszy odczyt w tym zakresie, ale wszystko poza nim jest obcinane. Materiał wymienia przypisywalne rozpiętości od -20-60 °C do 0-600 °C w krokach podanych w tabeli doboru, a oznaczenie 0-100 °C pojawia się na wersji 0-10 V.

Następnie sama pętla. Zasilanie to 24 VDC, a obciążenie jest podane jako 250 Ω lub 500 Ω, z granicą rezystancji przewodów do przestrzegania. Tam, gdzie trasa jest długa lub przyrząd odbiorczy przedstawia cięższe obciążenie, dostępne napięcie na module jest tym, co ogranicza układ, i materiał oferuje wykonanie na zamówienie tam, gdzie rezystancja przewodów na trasie Pt100 przekracza 35 Ω.

Następnie środowisko i montaż. Materiał podaje zakres pracy -30 do 80 °C w tabeli parametrów, ale opisuje -20 do +60 °C jako zwykły zakres roboczy, a także wymienia zakres transportu i przechowywania -40 do 120 °C. Obudowa to podstawa 44×40 mm ze śrubami M3×5, co pasuje do panelu lub obudowy polowej, a nie ściany.

Na koniec sonda towarzysząca. Materiał dokumentuje sondy do modułu, w tym zwijany Pt100 φ4×30 mm na przewodzie wodoszczelnym 0,5 m, płaski Pt100 7,5×20×3,6 mm, wersję wodoszczelną z gwintem na przewodzie 1,5 m z gwintem M6×1 i wersję wysokotemperaturową na gwincie M12×1 ocenioną do 420 °C. Izolacja przewodów nie jest taka sama wśród tych opcji i tylko plecione przewody ze stali nierdzewnej noszą ocenę wysokotemperaturową.

Ograniczenia i punkty do potwierdzenia

Twierdzenie o dokładności potrzebuje odniesienia, by być miarodajnym. 0,2 %FS to procent przypisanej rozpiętości, a nie mierzonej temperatury, więc rozpiętość 0-600 °C i rozpiętość 0-50 °C dają zupełnie różne błędy bezwzględne z tej samej wartości. Materiał nie podaje wzorca odniesienia za tą wartością, więc wartość powinna być czytana jako specyfikacja dostawcy i potwierdzona certyfikatem tam, gdzie aplikacja od tego zależy.

Dwa współczynniki temperaturowe nie są uzgodnione. Ogólny ≤25 ppm/°C FS i specyficzny dla Pt100 ≤250 ppm/K FS na rozpiętości 100 °C różnią się rzędem wielkości, a materiał nie mówi, które wejścia pokrywa wartość ogólna. Tam, gdzie moduł pracuje z dala od temperatury kalibracji, ta luka ma większe znaczenie niż wartość dokładności, i dopóki nie jest rozstrzygnięta, szersza wartość jest bezpiecznym założeniem.

Niektóre granice w materiale trzeba czytać uważnie. Granica rezystancji przewodów jest podana jako poniżej 80 Ω zarówno dla obciążenia 500 Ω, jak i 250 Ω, co jest nietypowe: dopuszczalna rezystancja przewodów zwykle spada wraz ze wzrostem obciążenia, ponieważ oba zużywają to samo napięcie pętli. Wartość jest oznaczona, a nie opublikowana jako dwie oddzielne zweryfikowane granice. Granica prądu wyjściowego 20,3 mA to podobnie wartość nasycenia, a nie punkt pracy.

Kilka parametrów, które specyfikacja zwykle podaje, jest nieobecnych: stopień ochrony obudowy, granice wilgotności, napięcie izolacji między wejściem a wyjściem i stabilność długoterminowa. Pojawiają się na tej stronie jako wymagane informacje, a nie jako szacunki. Materiał stwierdza również, że komponenty są importowane, bez podania klasy ani pochodzenia, co nie jest opublikowane tutaj, ponieważ nie może być potwierdzone z dostarczonego dokumentu.

Dwa praktyczne punkty dotyczące zespołu. Materiał stwierdza, że sondy towarzyszące są montowane ręcznie i mogą nosić zmienność pomiarową, więc sparowana sonda i przetwornik powinny być traktowane jako zespół do trymowania, a nie jako dwa niezależnie wymienne elementy. A produkt nie nosi oznaczenia modelu w dostarczonym dokumencie: identyfikacja na obudowie to etykieta konfiguracji, więc zamówienie powinno podać typ wejścia, formę wyjścia i przypisaną rozpiętość, a nie kod.