Модуль передатчика температуры

Модуль передатчика температуры берёт необработанный сигнал термосопротивления или термопары и превращает его в стандартный сигнал петли, который понятен остальной части системы управления. Он существует потому, что ни одно из двух семейств датчиков не даёт сигнал, который входная карта ПЛК, самописец или щитовой указатель могли бы использовать напрямую: элемент сопротивления отдаёт небольшое сопротивление, зависящее ещё и от длины подводящих проводов, а термопара отдаёт несколько десятков милливольт, зависящих от температуры на клеммах не меньше, чем от измеряемой температуры. Подготовить этот сигнал у датчика, а не на дальнем конце длинного кабеля, - для этого модуль и нужен.

Модуль на этой странице построен по двухпроводной схеме на питании 24 VDC, с выходом 4-20 mA базово и версией 0-10 V на том же корпусе. Входы покрывают распространённые платиновые и медные элементы сопротивления и восемь буквенных типов термопар, вольфрам-рениевые типы и Pt1000 доступны на заказ, а заявленная в материале погрешность составляет 0,2 %FS. Основание - 44×40 mm с клеммной колодкой на шаге 8 mm, двумя подстроечными потенциометрами и винтами M3×5, а корпус - из нейлона PA66, не поддерживающего горение.

Поскольку тип входа - это конфигурация, а не отдельный прибор, один тип модуля покрывает широкую область технологических температур: тот же корпус держит Pt100 при -200 °C и термопару типа B при 1 800 °C, различаясь входом, заданным при заказе, и назначенным ему диапазоном выхода.

Как работает передатчик температуры

Цепочка измерения начинается с элемента. Сопротивление элемента считывают, пропуская через него небольшой ток возбуждения и измеряя возникающее напряжение; материал даёт этот ток как 0,2 mA - достаточно малый, чтобы самонагрев элемента оставался небольшим. Термопару считывают как напряжение, и поскольку это напряжение возникает между рабочим спаем и клеммами, куда приходят провода, температуру на клеммах нужно знать и учитывать. Именно поэтому термопару подключают к передатчику проводом соответствующей термопары, а не медным: соединения меди вносят собственные напряжения в точке, где термопарный провод заканчивается.

Затем сигнал линеаризуют и масштабируют. Термосопротивление следует опубликованной кривой, термопара - полиному для своего буквенного типа, а входной тракт разрешает входящий сигнал достаточно тонко, чтобы линеаризация не лимитировала погрешность: поставленный материал указывает 24-битный сигма-дельта преобразователь, что даёт разрешающую способность далеко тоньше, чем требует цифра погрешности 0,2 %FS. Разрешающая способность и погрешность - разные величины, и о том, что модуль выдаёт на самом деле, говорят именно цифра погрешности вместе с температурным коэффициентом.

Выходной каскад работает с токовой петлёй. В двухпроводной схеме одна и та же пара жил несёт и питание, и сигнал, а ток, который берёт модуль, и есть измерение, поэтому модуль должен работать при том напряжении, которое остаётся после того, как сопротивление петли возьмёт свою долю. Отсюда и связанность нагрузки и питания: нагрузке 250 Ω или 500 Ω вместе с сопротивлением кабеля соответствует напряжение 24 VDC, и предел по подводящим проводам материал указывает именно поэтому, а не как рекомендацию по кабелю.

Потенциометры нуля и диапазона стоят на модуле потому, что передатчик - это та точка петли, где собранный узел можно подогнать: допуск элемента, сопротивление подводящих проводов и нагрузочный резистор в итоге дают один сдвиг и одну ошибку усиления, и то и другое поправляется на модуле относительно эталонного термометра.

Как выбрать передатчик

Начинают с датчика, потому что тип входа модуля постоянен. Pt100 - обычный выбор там, где температуру нужно отстоять и она укладывается в его диапазон; термопара берёт решение на себя там, где температура слишком высока или точка слишком мала, чтобы элемент сопротивления был применим. Материал перечисляет Pt100, Cu50, Cu100 и Pt1000 на стороне сопротивления и типы B, E, J, K, N, R, S и T плюс WRe3-25 и WRe5-26 на стороне термопар.

Затем диапазон выхода - это решение, которое больше всего влияет на показание на практике. Петля 4-20 mA несёт фиксированный диапазон тока, и назначенный ему диапазон решает, сколько температуры приходится на каждый миллиампер. Узкий диапазон вокруг рабочей области даёт более тонкий отсчёт внутри неё, зато всё остальное обрезается. Материал перечисляет назначаемые диапазоны от -20-60 °C вплоть до 0-600 °C ступенями из подборной таблицы, а пометка 0-100 °C встречается у версии 0-10 V.

Далее сама петля. Питание - 24 VDC, нагрузка указана как 250 Ω или 500 Ω, с пределом сопротивления подводящих проводов, который надо держать. Там, где линия длинна или приёмный прибор даёт более тяжёлую нагрузку, схему ограничивает напряжение, остающееся на модуле, и при превышении подводящим проводом 35 Ω на линии Pt100 материал предлагает исполнение на заказ.

Затем среда и монтаж. Материал даёт рабочую область от -30 до 80 °C в таблице параметров, но описывает от -20 до +60 °C как обычную рабочую область, а также перечисляет диапазон транспортирования и хранения от -40 до 120 °C. Корпус - это основание 44×40 mm с винтами M3×5, что подходит для щита или полевого шкафа, но не для стены.

Наконец присоединяемый зонд. Материал документирует зонды к модулю: навитый элемент Pt100 φ4×30 mm на влагостойком проводе 0,5 m, плоское Pt100 7,5×20×3,6 mm, резьбовое влагостойкое исполнение на проводе 1,5 m с резьбой M6×1 и высокотемпературное исполнение на резьбе M12×1 с пределом 420 °C. Изоляция провода у этих вариантов не одна и та же, и высокотемпературный предел держат только провода в оплётке из нержавеющей стали.

Ограничения и то, что нужно подтвердить

Заявлению о погрешности нужна основа, чтобы что-то значить. 0,2 %FS - это процент от назначенного диапазона, а не от измеренной температуры, поэтому диапазоны 0-600 °C и 0-50 °C дают из одной и той же цифры довольно разные абсолютные погрешности. Никакого стандарта-основы материал не указывает, значит цифру следует читать как спецификацию поставщика и подтверждать по свидетельству там, где от неё зависит применение.

Два температурных коэффициента между собой не согласованы. Общая величина ≤25 ppm/°C FS и относимая к входу Pt100 ≤250 ppm/K FS на диапазоне 100 °C различаются на порядок, а материал не говорит, какие входы покрывает общая. Там, где модуль работает вдали от температуры калибровки, этот разрыв значит больше, чем цифра погрешности, и до её закрытия безопаснее принимать более широкую величину.

Несколько пределов в материале надо читать внимательно. Сопротивление подводящих проводов указано как менее 80 Ω и для нагрузки 500 Ω, и для нагрузки 250 Ω, что необычно: допустимое сопротивление проводов обычно снижается с ростом нагрузки, потому что оба расходуют одно и то же напряжение петли. Эта цифра отмечена, а не опубликована как два отдельно подтверждённых предела. Предел выходного тока 20,3 mA - также величина насыщения, а не рабочая точка.

Ряд величин, которые спецификация обычно называет, отсутствует: степень защиты, пределы влажности, напряжение развязки между входом и выходом и долговременная стабильность. На этой странице они стоят как требования к данным, а не как оценки. Материал также указывает, что компоненты импортные, не называя марки и страны происхождения, и это здесь не опубликовано, поскольку не может быть подтверждено из поставленного документа.

Два практических замечания об узле в сборе. Материал указывает, что присоединяемые зонды собираются вручную и могут нести разброс измерений, поэтому пару «зонд и передатчик» надо считать узлом, который подгоняют, а не двумя взаимозаменяемыми независимо деталями. И изделие не имеет обозначения модели в поставленном документе: идентификация на корпусе - это метка конфигурации, поэтому в заказе следует называть тип входа, форму выхода и назначенный диапазон, а не код.