bộ truyền nhiệt độ là gì
Bộ truyền nhiệt độ biến đổi tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ thành một tín hiệu ra chuẩn mà phần còn lại của hệ thống điều khiển có thể đọc. Nó tồn tại vì không họ cảm biến nào tạo ra tín hiệu mà hệ điều khiển có thể lấy trực tiếp: phần tử điện trở trả về một trị điện trở nhỏ phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn cũng như vào nhiệt độ, còn cặp nhiệt điện trả về vài chục microvolt phụ thuộc vào nhiệt độ của các cầu đấu cũng như vào nhiệt độ cần đo.
Bộ truyền được lắp ở hai nơi vì hai lý do liên quan. Lý do thứ nhất là về điện: biến đổi tín hiệu ngay tại cảm biến, trước khi nó đi trên tuyến dây, loại bỏ nhiễu mà một tín hiệu cỡ microvolt hay milliohm thu được trên máy móc hoặc dọc máng cáp, đồng thời loại bỏ sai số điện trở dây dẫn vốn nằm lại trong phép đo. Lý do thứ hai là về tổ chức: một mạch vòng 4-20 mA có thể được đọc bởi máy ghi, một card đầu vào PLC, một bộ chỉ thị trên bảng hoặc một hệ SCADA mà chẳng bộ nào cần biết cảm biến phía sau là gì, và mạch vòng có thể được kiểm tra bằng đồng hồ đo.
Phổ bộ truyền rất rộng vì các lý do đó được đáp ứng ở những mức chi phí khác nhau. Một mô-đun dạng đĩa lắp trong đầu nối của cảm biến, một mô-đun thanh DIN cho tủ, một vỏ hiện trường cho môi trường khắc nghiệt và một bộ cách ly gắn thanh ray với nhiều kênh đều làm cùng công việc với cách lắp, cách ly và khối lượng riêng kênh khác nhau. Đầu vào thường có thể cấu hình chứ không cố định, nên một dải các loại cảm biến được phủ bởi cùng một mô-đun với đầu vào được đặt khi đặt hàng hoặc tại hiện trường.
Người mua đến với bộ truyền từ một trong hai phía. Từ phía cảm biến, bộ truyền là câu trả lời cho một tuyến dây dài hoặc một môi trường nhiều nhiễu. Từ phía hệ thống, nó là bộ thích ứng cho phép một card đầu vào PLC hiện có đọc được nhiệt độ, và khi đó chính dạng đầu ra, cách ly và tải là những thứ phải chốt, không phải cảm biến.
Cách bộ truyền nhiệt độ đo
Chuỗi đo bắt đầu từ phần tử. Phần tử điện trở được đọc bằng cách chạy một dòng kích thích nhỏ qua nó và đo điện áp sinh ra; dòng được giữ nhỏ để công suất nó tiêu tán bên trong phần tử không nâng nhiệt độ phần tử lên đủ gây ảnh hưởng. Cặp nhiệt điện được đọc như một điện áp, và vì điện áp đó sinh ra giữa mối nối đo và các cầu đấu nơi dây nối vào, nhiệt độ tại các cầu đấu đó phải được đo và bù trừ.
Tín hiệu sau đó được tuyến tính hóa và chia tỷ lệ. Một RTD theo đường cong công bố còn một cặp nhiệt điện theo đa thức riêng của loại ký tự, và bộ truyền mang phần tuyến tính hóa mà thiết bị nhận lẽ ra phải tự làm. Độ phân giải của tầng đầu vào và độ chính xác của bộ truyền là hai đại lượng khác nhau: một bộ chuyển đổi có độ phân giải lớn hơn nhiều con số độ chính xác là chuyện bình thường, vì độ phân giải phải không được là yếu tố giới hạn chứ không cần khớp với độ chính xác đã nêu.
Tầng đầu ra dẫn dòng trong một mạch vòng. Trong bố trí hai dây, cùng một cặp dây mang cả nguồn nuôi và tín hiệu, và dòng mà bộ truyền hút chính là phép đo, nên bộ truyền phải làm việc với phần điện áp còn lại sau khi tổng trở mạch vòng lấy đi phần của nó. Vì vậy ngân sách mạch vòng là một ràng buộc thật: điện áp nguồn, điện áp vận hành tối thiểu của chính bộ truyền, điện trở nhận và điện trở cáp đều cộng lại, và điểm mà bộ truyền không còn đạt tới 20 mA là điểm mà bố trí dừng hoạt động. Đó là lý do tải và nguồn được nêu cùng nhau trên một bộ truyền, và lý do tải nặng hơn rút ngắn chiều dài cáp cho phép.
Hai điểm nữa quyết định việc lắp đặt có đo đúng thứ cần đo hay không. Điểm thứ nhất là mối nối lạnh nằm ở đâu: bộ truyền lắp trong đầu cảm biến tự bù trừ ngay cạnh cầu đấu, còn bộ truyền lắp trong tủ dựa vào cáp bù chạy tới nó. Điểm thứ hai là cách ly: khi cảm biến chạm vào kim loại nối đất, hoặc khi nhiều kênh được đọc bởi cùng một card, một bộ truyền hoặc bộ cách ly tách đầu vào khỏi đầu ra sẽ ngăn mạch vòng mang một đường nối giữa những điểm không được phép nối với nhau.
Lựa chọn cấu hình
Phần lớn thông số được quyết định bởi những lựa chọn này chứ không phải bởi cấp chính xác. Mỗi lựa chọn ràng buộc lựa chọn kế tiếp, nên chúng được chốt theo thứ tự.
| Quyết định | Tùy chọn cần xác định | Nó thực sự quyết định điều gì |
| Kiểu đầu vào | Các kiểu phần tử điện trở và các kiểu cặp nhiệt điện theo ký tự, thường được chọn bằng cấu hình chứ không bằng phần cứng | Những loại cảm biến mà mô-đun đọc được. Đầu vào phải khớp với cảm biến đang dùng: một mô-đun cấu hình cho họ này sẽ báo một giá trị có lý nhưng sai khi đọc họ kia. |
| Mạch đầu vào | Hai, ba hoặc bốn dây cho phần tử điện trở; dây cặp nhiệt điện đấu trực tiếp cho cặp nhiệt điện | Lượng điện trở dây dẫn còn nằm lại trong phép đọc. Với phần tử điện trở, kết nối hai dây cộng dây dẫn vào phần tử và xuất hiện như một độ lệch cố định; kết nối ba dây triệt tiêu các dây dẫn bằng nhau. |
| Dạng tín hiệu đầu ra | 4-20 mA hai dây, điện áp ba dây, hoặc bố trí bốn dây lấy nguồn từ vòng hay nguồn riêng | Thiết bị nhận chấp nhận gì, và lắp đặt cần bao nhiêu dây. Hai dây là lời giải quy trình thông thường và là điều hầu hết card đầu vào mong đợi. |
| Kiểu lắp đặt | Mô-đun dạng đĩa trong đầu cảm biến, mô-đun thanh DIN, vỏ hiện trường có lối vào cáp, hoặc dải bộ cách ly nhiều kênh | Việc biến đổi xảy ra ở đâu, và do đó mối nối lạnh và nhiễu nằm ở đâu. Bộ truyền gắn đầu cảm biến rút ngắn quãng đường tín hiệu nhỏ; mô-đun trên thanh ray gom nhiều kênh vào trong tủ. |
| Cách ly | Không cách ly, cách ly đầu vào - đầu ra, hoặc tách riêng đầu vào, đầu ra và nguồn | Liệu có tồn tại một đường nối giữa mạch cảm biến và mạch điều khiển hay không. Cách ly galvanic là thứ khiến một cảm biến nổi đọc được và là thứ ngăn nhiều kênh nhiễu lẫn nhau. |
| Dải đo được gán | Dải nhiệt độ được ánh xạ ra tín hiệu ra, đặt khi đặt hàng và thường điều chỉnh được | Độ phân giải khả dụng trên dải làm việc và điều gì xảy ra ngoài dải đó. Dải hẹp phân giải mịn hơn nhưng cắt sớm hơn; dải rộng không bao giờ cắt và phân giải thô. |
Cách chọn bộ truyền nhiệt độ
| Yếu tố | Cách xác định | Vì sao nó quyết định kết quả |
| Cảm biến đang dùng | Hãy nêu kiểu phần tử và cách kết nối: một Pt100 đấu ba dây, một Pt1000 đấu hai dây, một cặp nhiệt điện loại K. | Cấu hình đầu vào suy ra từ đó, và số dây dẫn cũng vậy. Sai chỗ này là lý do phổ biến nhất khiến bộ truyền báo một giá trị gần đúng mà không đúng. |
| Ngân sách mạch vòng | Cộng điện trở nhận, điện trở cáp và điện áp vận hành tối thiểu của bộ truyền, rồi kiểm tra nguồn còn đủ để dẫn tới 20 mA hay không. | Đây là phép tính quyết định liệu bộ truyền hai dây có chạy được hay không. Một điện trở nhận lớn hơn hoặc một tuyến dây dài hơn có thể đẩy bố trí ra ngoài khả năng của nguồn, và triệu chứng là số đọc dừng tăng ở đỉnh dải. |
| Dải đo được gán | Đặt dải theo dải làm việc của quá trình thay vì theo toàn dải của cảm biến. | Độ phân giải đầu ra được trải đều trên dải gán, nên dải hẹp phân giải tốt hơn trong phạm vi của nó. Cái giá là mọi thứ ngoài dải không còn được phản ánh, và giá trị bão hòa phải phân biệt được với số đọc thật. |
| Việc biến đổi xảy ra ở đâu | Chọn giữa bộ truyền gắn đầu cảm biến và mô-đun trong tủ hoặc trên thanh ray. | Bộ gắn đầu tự bù trừ tại cầu đấu và rút ngắn quãng đường tín hiệu nhỏ phải đi. Mô-đun thanh ray phù hợp với nhiều kênh tập trung một chỗ và với một tuyến cáp bù đã có sẵn. |
| Yêu cầu cách ly | Xác định xem cảm biến có chạm kim loại nối đất và nhiều kênh có dùng chung một card đầu vào hay không. | Cách ly là thứ tách những mạch mà nếu không sẽ bị nối với nhau qua mạch vòng. Khi đầu dò được hàn vào thiết bị hay vào máy, nó thường không phải một tùy chọn. |
| Điều kiện môi trường | Nêu nhiệt độ môi trường tại vị trí lắp, độ ẩm, và vị trí đó có thuộc khu vực phân loại hay có rửa nước hay không. | Bộ truyền gắn đầu nằm ở phía nóng và chịu nhiệt độ quá trình truyền qua đầu nối; mô-đun trong tủ chỉ thấy nhiệt độ trong tủ. Cả hai đều có giới hạn thấp hơn giới hạn của cảm biến mà chúng phục vụ. |
Các lựa chọn thay thế gần nhất
Đây là những loại mà một yêu cầu về bộ truyền nhiệt độ thường hóa ra là, và là điểm mà lựa chọn thực sự được quyết định.
| Loại thay thế gần nhất | Điều gì phân biệt nó với bộ truyền nhiệt độ |
| Cảm biến nhiệt độ RTD | Trực tiếp thực hiện phép đo. Bộ truyền không mang phần tử cảm biến riêng, nên hai thứ thường được quy định cùng nhau: cảm biến quyết định dải và độ chính xác, còn bộ truyền quyết định tín hiệu trông như thế nào khi đi tới nơi. |
| Cặp nhiệt điện | Sinh ra điện áp mà bộ truyền đọc, và là cảm biến cần bộ truyền nhất vì tín hiệu của nó nhỏ và mối nối lạnh của nó phải được xử lý. Với một tuyến dây ngắn và thiết bị ở gần, cặp nhiệt điện được đấu trực tiếp và không lắp bộ truyền. |
| Cảm biến nhiệt điện trở | Phần tử điện trở trần, được cung cấp dưới dạng linh kiện có dây dẫn. Quan hệ của nó với bộ truyền cũng giống như của một đầu dò hoàn chỉnh: bộ truyền đọc nó, và khi phần tử được cung cấp không kèm đầu nối thì bộ truyền thường được lắp ở nơi khác. |
| Bộ chỉ thị nhiệt độ | Hiển thị giá trị thay vì biến đổi nó. Một bộ chỉ thị lấy tín hiệu mạch vòng hoặc tín hiệu cảm biến và cho thấy giá trị; bộ truyền tạo ra tín hiệu mạch vòng mà bộ chỉ thị sẽ đọc, và nhiều thiết bị trong bảng kết hợp cả hai vai trò. |
| Công tắc nhiệt độ | Đưa ra một tiếp điểm tại giá trị đặt thay vì một giá trị liên tục, và được chọn cho liên động chứ không cho phép đo. Khi cần cả số đọc lẫn tín hiệu cắt, số đọc đến từ bộ truyền còn tín hiệu cắt là một chức năng riêng. |
| Bộ điều khiển nhiệt độ | Đọc cảm biến và điều khiển bộ gia nhiệt hoặc bộ làm lạnh tiến về giá trị đặt. Bộ điều khiển thường lấy tín hiệu cảm biến trực tiếp, nên bộ truyền chỉ được thêm phía trước khi tuyến dây dài hoặc tín hiệu phải được nhiều bên dùng chung. |
Bộ truyền được chọn cuối cùng và chính nó là thứ khiến câu trả lời đầu tiên có thể báo giá được. Hãy nêu cảm biến, tải mạch vòng, nguồn nuôi và vị trí lắp, phần còn lại sẽ suy ra.
Nội dung cần có trong yêu cầu
Phản hồi đầu tiên có thể là một báo giá thay vì một loạt câu hỏi nếu yêu cầu mang theo những thông tin này. Khi không biết một giá trị, hãy gửi mô tả nhiệm vụ và chúng tôi sẽ xác nhận nó ngụ ý điều gì.
- Kiểu cảm biến và số dây dẫn mà nó dùng
- Dải nhiệt độ và dải đầu ra được gán
- Độ chính xác yêu cầu, và tiêu chuẩn mà nó được nêu theo
- Dạng đầu ra và thiết bị nhận, kèm tổng trở đầu vào của thiết bị đó
- Điện áp nguồn khả dụng tại vị trí lắp
- Chiều dài tuyến cáp và cỡ dây dẫn đã lắp sẵn
- Vị trí lắp: đầu cảm biến, thanh DIN, vỏ hiện trường hay dải bộ cách ly
- Số kênh, và các đầu vào có được phép dùng chung một đường hồi hay không
- Yêu cầu cách ly và mọi yêu cầu về khu vực nguy hiểm
- Số lượng, cảng đến và thời gian giao hàng yêu cầu