เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิแบบโมดูล

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิรับสัญญาณดิบจาก RTD หรือเทอร์โมคัปเปิลแล้วเปลี่ยนเป็นสัญญาณลูปมาตรฐานที่ระบบควบคุมส่วนที่เหลืออ่านได้ มันมีอยู่เพราะตัวรับรู้สองตระกูลให้สัญญาณที่การ์ดอินพุต PLC เครื่องบันทึก หรือเครื่องแสดงผลแบบติดแผงใช้ตรง ๆ ไม่ได้ เพราะ RTD ให้ความต้านทานเล็ก ๆ ที่ขึ้นกับความยาวสาย และเทอร์โมคัปเปิลให้แรงดันระดับหลายสิบมิลลิโวลต์ที่ขึ้นกับอุณหภูมิของขั้วต่อพอ ๆ กับอุณหภูมิที่วัด การปรับสภาพสัญญาณนั้นที่ตัวรับรู้ แทนที่จะทำที่ปลายสายยาว คือสิ่งที่เครื่องนี้มีไว้

เครื่องในหน้านี้เป็นแบบสองสายบนไฟเลี้ยง 24 VDC เอาต์พุต 4-20 mA เป็นมาตรฐาน และมีเวอร์ชัน 0-10 V ในตัวเรือนเดียวกัน อินพุตครอบธาตุความต้านทานแพลทินัมและทองแดงที่พบบ่อยกับเทอร์โมคัปเปิลแปดชนิด โดยมีชนิดทังสเตน-รีเนียมและ Pt1000 ตามสั่ง และตัวเลขความแม่นยำที่เอกสารระบุคือ 0.2%FS ฐานมีขนาด 44×40 mm พร้อมแถบขั้วต่อระยะ 8 mm โพเทนชิออมิเตอร์ปรับสองตัว และสกรูยึด M3×5 ตัวเรือนเป็นไนลอนหน่วงไฟ PA66

เพราะชนิดอินพุตเป็นการกำหนดค่า ไม่ใช่เครื่องแยก เครื่องชนิดเดียวจึงรองรับช่วงอุณหภูมิกระบวนการกว้าง ตัวเรือนเดียวกันครอบ Pt100 ที่ -200 °C และเทอร์โมคัปเปิลชนิด B ที่ 1800 °C ต่างกันที่ชุดอินพุตเมื่อสั่งและที่สแปนเอาต์พุตที่กำหนดให้

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิทำงานอย่างไร

ห่วงโซ่การวัดเริ่มที่ธาตุรับรู้ ธาตุความต้านทานถูกอ่านโดยป้อนกระแสกระตุ้นเล็ก ๆ ผ่านมันแล้ววัดแรงดันที่เกิดขึ้น เอกสารให้กระแสนั้นเป็น 0.2 mA ซึ่งต่ำพอให้ความร้อนที่เกิดในธาตุยังน้อย เทอร์โมคัปเปิลถูกอ่านเป็นแรงดัน และเพราะแรงดันนั้นเกิดระหว่างรอยต่อร้อนกับขั้วต่อที่สายมาลง อุณหภูมิของขั้วต่อจึงต้องรู้และชดเชย การชดเชยนั้นคือเหตุที่เทอร์โมคัปเปิลต่อเข้ากับเครื่องส่งสัญญาณด้วยสายเทอร์โมคัปเปิลที่ถูกต้อง ไม่ใช่ด้วยสายทองแดง เพราะรอยต่อทองแดงสร้างแรงดันของตัวเองที่จุดที่สายเทอร์โมคัปเปิลสิ้นสุด

จากนั้นสัญญาณถูกทำให้เป็นเส้นตรงและปรับสเกล RTD ตามเส้นโค้งที่ประกาศไว้ และเทอร์โมคัปเปิลตามพหุนามของชนิดมัน และภาคหน้าอ่านสัญญาณที่เข้ามาละเอียดพอว่าการทำให้เป็นเส้นตรงไม่ใช่ความคลาดตัวจำกัด เอกสารระบุตัวแปลงซิกมา-เดลตาขนาด 24 บิต ซึ่งละเอียดเกินกว่าที่ตัวเลขความแม่นยำ 0.2%FS ต้องการมาก ความละเอียดกับความแม่นยำเป็นปริมาณคนละตัว และตัวเลขความแม่นยำพร้อมสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคือสิ่งที่บอกว่าเครื่องให้อะไรจริง

ภาคเอาต์พุตขับลูปกระแส ในแบบสองสาย สายคู่เดียวกันส่งทั้งไฟเลี้ยงและสัญญาณ และกระแสที่เครื่องดึงคือการวัด เครื่องจึงต้องทำงานบนแรงดันที่เหลือหลังความต้านทานลูปกินไปแล้ว นั่นคือเหตุที่โหลดกับไฟเลี้ยงผูกกัน โหลด 250 Ω หรือ 500 Ω บวกความต้านทานสายคือสิ่งที่ไฟเลี้ยง 24 VDC ต้องขับ และเอกสารระบุขีดจำกัดความต้านทานสายด้วยเหตุนั้น ไม่ใช่เป็นคำแนะนำเรื่องสาย

มีโพเทนชิออมิเตอร์สองตัวบนเครื่องสำหรับศูนย์และสแปน มันอยู่ตรงนั้นเพราะเครื่องส่งสัญญาณคือจุดในลูปที่ชุดประกอบที่ติดตั้งแล้วถูกปรับแต่งได้ ความคลาดของธาตุ ความต้านทานสาย และตัวต้านทานลูป ลงเอยเป็นออฟเซตค่าเดียวและความคลาดเกนค่าเดียว และทั้งคู่แก้ได้ที่เครื่องเทียบกับเทอร์โมมิเตอร์อ้างอิง

วิธีเลือกเครื่องส่งสัญญาณที่เหมาะสม

เริ่มที่ตัวรับรู้ เพราะชนิดอินพุตถูกกำหนดไว้กับเครื่อง Pt100 เป็นตัวเลือกปกติเมื่ออุณหภูมิต้องอ้างอิงได้และอยู่ในช่วงของมัน เทอร์โมคัปเปิลเข้ามาแทนเมื่ออุณหภูมิสูงพอหรือจุดวัดเล็กพอที่ธาตุความต้านทานใช้ไม่ได้จริง เอกสารระบุ Pt100, Cu50, Cu100 และ Pt1000 ฝั่งความต้านทาน และชนิด B, E, J, K, N, R, S และ T พร้อม WRe3-25 กับ WRe5-26 ฝั่งเทอร์โมคัปเปิล

จากนั้นคือสแปนเอาต์พุต ซึ่งเป็นการตัดสินที่กระทบที่สุดต่อค่าอ่านในการใช้งานจริง ลูป 4-20 mA พาช่วงกระแสคงที่ และสแปนที่กำหนดให้มันกำหนดว่ากี่องศาต่อหนึ่งมิลลิแอมแปร์ สแปนแคบรอบช่วงใช้งานให้ค่าอ่านละเอียดกว่าในช่วงนั้น แต่อะไรนอกช่วงถูกตัด เอกสารระบุสแปนที่กำหนดได้ตั้งแต่ -20 ถึง 60 °C จนถึง 0 ถึง 600 °C ตามขั้นที่ให้ในตารางการเลือก และเวอร์ชัน 0-10 V มีการทำเครื่องหมาย 0 ถึง 100 °C

จากนั้นคือตัวลูปเอง ไฟเลี้ยง 24 VDC และโหลดระบุเป็น 250 Ω หรือ 500 Ω พร้อมขีดจำกัดความต้านทานสายที่ต้องเคารพ ที่ใดระยะทางไกล หรือเครื่องรับมีโหลดหนักกว่า แรงดันที่มีที่เครื่องคือสิ่งที่จำกัดการจัดวาง และเอกสารมีการสร้างตามสั่งเมื่อความต้านทานสายบนเส้น Pt100 เกิน 35 Ω

จากนั้นคือสภาพแวดล้อมและการติดตั้ง เอกสารให้ช่วงใช้งาน -30 ถึง 80 °C ในตารางพารามิเตอร์ แต่อธิบาย -20 ถึง 60 °C ว่าเป็นช่วงทำงานปกติ และยังระบุช่วงขนส่งและจัดเก็บ -40 ถึง 120 °C ตัวเรือนเป็นฐาน 44×40 mm พร้อมสกรู M3×5 ซึ่งเหมาะกับแผงหรือกล่องภาคสนามมากกว่าผนัง

สุดท้ายคือหัววัดที่เข้าคู่ เอกสารลงหัววัดที่ใช้กับเครื่องไว้ รวมถึง Pt100 แบบม้วน φ4×30 mm บนสายกันน้ำ 0.5 m, Pt100 แบบแบน 7.5×20×3.6 mm, แบบกันน้ำมีเกลียวบนสาย 1.5 m พร้อมเกลียว M6×1 และแบบอุณหภูมิสูงบนเกลียว M12×1 ที่รับถึง 420 °C ฉนวนของสายไม่เหมือนกันในตัวเลือกเหล่านั้น และมีเฉพาะสายถักสแตนเลสที่ได้รับพิกัดอุณหภูมิสูง

ข้อจำกัดและจุดที่ต้องยืนยัน

ข้ออ้างเรื่องความแม่นยำต้องมีสิ่งอ้างอิงจึงจะมีความหมาย 0.2%FS เป็นเปอร์เซ็นต์ของสแปนที่กำหนด ไม่ใช่ของอุณหภูมิที่วัด สแปน 0 ถึง 600 °C กับ 0 ถึง 50 °C จึงให้ความคลาดสัมบูรณ์ที่ต่างกันมากจากตัวเลขเดียวกัน เอกสารไม่ระบุมาตรฐานอ้างอิงเบื้องหลัง ตัวเลขนั้นจึงควรอ่านเป็นข้อกำหนดของผู้ขายและยืนยันด้วยใบรับรองเมื่อการใช้งานขึ้นกับมัน

ตัวเลขสัมประสิทธิ์อุณหภูมิสองตัวไม่ได้ถูกปรับให้ตรงกัน ตัวเลขทั่วไปไม่เกิน 25 ppm/°C FS กับตัวเลขเฉพาะ Pt100 ไม่เกิน 250 ppm/K FS บนสแปน 100 °C ต่างกันหนึ่งหลัก และเอกสารไม่ระบุว่าตัวเลขทั่วไปครอบอินพุตใด ที่ใดเครื่องทำงานห่างจากอุณหภูมิสอบเทียบ ช่องว่างนั้นสำคัญกว่าตัวเลขความแม่นยำ และจนกว่าจะยุติได้ ตัวเลขที่กว้างกว่าคือตัวที่ปลอดภัยที่จะสันนิษฐาน

ขีดจำกัดบางข้อในเอกสารต้องอ่านให้ดี ขีดจำกัดความต้านทานสายให้เป็นต่ำกว่า 80 Ω ทั้งสำหรับโหลด 500 Ω และโหลด 250 Ω ซึ่งไม่ปกติ เพราะความต้านทานสายที่ยอมได้ปกติจะลดลงเมื่อโหลดสูงขึ้น เนื่องจากทั้งคู่กินแรงดันลูปเดียวกัน ตัวเลขนั้นถูกติดธงไว้แทนที่จะเผยแพร่เป็นขีดจำกัดที่ตรวจสอบแล้วสองค่า และขีดจำกัดกระแสเอาต์พุต 20.3 mA ก็เป็นตัวเลขอิ่มตัว ไม่ใช่จุดทำงาน

พารามิเตอร์หลายตัวที่ข้อกำหนดมักระบุกลับหายไป ได้แก่ ระดับการป้องกันการเข้าของน้ำและฝุ่น ขีดจำกัดความชื้น แรงดันแยกระหว่างอินพุตกับเอาต์พุต และเสถียรภาพระยะยาว ทั้งหมดปรากฏในหน้านี้เป็นรายการที่ต้องยืนยัน ไม่ใช่ค่าประมาณ เอกสารยังระบุว่าชิ้นส่วนเป็นของนำเข้าโดยไม่ระบุเกรดหรือแหล่งกำเนิด ซึ่งไม่เผยแพร่ที่นี่เพราะยืนยันจากเอกสารที่ให้มาไม่ได้

สองประเด็นปฏิบัติเกี่ยวกับชุดประกอบ เอกสารระบุว่าหัววัดที่เข้าคู่ประกอบด้วยมือและอาจมีความแปรปรวนของการวัด ชุดหัววัดกับเครื่องส่งสัญญาณจึงควรถูกมองเป็นชุดประกอบที่ต้องปรับแต่ง ไม่ใช่สองชิ้นที่เปลี่ยนแทนกันได้อย่างอิสระ และผลิตภัณฑ์ไม่มีรหัสรุ่นในเอกสารที่ให้มา สิ่งที่ระบุบนตัวเรือนคือป้ายกำหนดค่า การสั่งซื้อจึงควรระบุชนิดอินพุต รูปแบบเอาต์พุต และสแปนที่กำหนด แทนรหัส