Mô-đun bộ truyền nhiệt độ

Một mô-đun bộ truyền nhiệt độ lấy tín hiệu thô từ một RTD hoặc một cặp nhiệt điện và biến nó thành một tín hiệu mạch vòng chuẩn mà phần còn lại của hệ thống điều khiển đọc được. Nó tồn tại vì hai họ cảm biến đó tạo ra những tín hiệu mà một card đầu vào PLC, một máy ghi hoặc một bộ chỉ thị trên bảng không dùng trực tiếp được: một RTD trả về một điện trở nhỏ phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, còn một cặp nhiệt điện trả về vài chục milivôn phụ thuộc vào nhiệt độ của các cầu đấu nhiều ngang với nhiệt độ cần đo. Xử lý tín hiệu đó ngay tại cảm biến thay vì ở đầu kia của một tuyến cáp dài, đó chính là việc của mô-đun.

Mô-đun trong trang này là một thiết kế hai dây trên nguồn nuôi 24 VDC, đầu ra 4-20 mA theo tiêu chuẩn và một phiên bản 0-10 V trên cùng vỏ. Đầu vào phủ các phần tử điện trở platinum và đồng thông dụng cùng tám kiểu cặp nhiệt điện, với các kiểu tungsten-rhenium và Pt1000 làm theo đơn đặt hàng, và con số độ chính xác nêu trong tài liệu là 0,2 % FS. Đế kích thước 44×40 mm với khối cầu đấu bước 8 mm, hai biến trở chỉnh và các vít lắp đặt M3×5, còn vỏ bằng nylon PA66 chống cháy.

Vì kiểu đầu vào là một cấu hình chứ không phải một thiết bị riêng, một loại mô-đun phục vụ một dải nhiệt độ quá trình rất rộng: cùng vỏ đó phủ một Pt100 ở -200 °C và một cặp nhiệt điện loại B ở 1800 °C, chỉ khác nhau ở bộ đầu vào đặt khi đặt hàng và ở dải đo được gán cho nó.

Bộ truyền nhiệt độ hoạt động như thế nào

Chuỗi đo bắt đầu từ phần tử. Một phần tử điện trở được đọc bằng cách chạy một dòng kích thích nhỏ qua nó và đo điện áp sinh ra; tài liệu cho dòng đó là 0,2 mA, đủ nhỏ để độ tự nóng trong phần tử giữ ở mức thấp. Một 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 của các cầu đấu phải được biết và được bù trừ. Chính việc bù trừ đó là lý do một cặp nhiệt điện được nối vào bộ truyền bằng đúng dây cặp nhiệt điện chứ không bằng dây đồng: các mối nối đồng tự chúng đưa vào những điện áp riêng tại chỗ dây cặp nhiệt điện kết thúc.

Tín hiệu sau đó được tuyến tính hóa và chia tỷ lệ. Một RTD theo một đường cong công bố còn một cặp nhiệt điện theo đa thức riêng của kiểu ký tự, và tầng đầu vào phân giải tín hiệu vào đủ mịn để việc tuyến tính hóa không phải là sai số giới hạn: tài liệu được cung cấp nêu một bộ chuyển đổi sigma-delta 24-bit, tức là nhiều phân giải hơn mức con số độ chính xác 0,2 % FS cần tới. Phân giải và độ chính xác là hai đại lượng khác nhau, và chính con số độ chính xác cùng hệ số nhiệt độ mô tả điều mà mô-đun thực sự cấp ra.

Tầng đầu ra dẫn dòng trong một mạch vòng. Trong bố trí hai dây, cùng một cặp dây mang cả nguồn nuôi lẫn tín hiệu, và dòng mà mô-đun hút chính là phép đo, nên mô-đun phải làm việc với phần điện áp còn lại sau khi điện trở mạch vòng lấy đi phần của nó. Đó là lý do tải và nguồn được nêu cùng nhau: một tải 250 Ω hoặc 500 Ω cộng với điện trở cáp là thứ mà nguồn 24 VDC phải dẫn, và tài liệu nêu một giới hạn cho điện trở dây dẫn vì lý do đó chứ không như một khuyến nghị về cáp.

Hai biến trở nằm trên mô-đun để chỉnh không và chỉnh dải. Chúng có đó vì bộ truyền là chỗ trong mạch vòng mà cả cụm đã lắp đặt có thể được gọt lại: dung sai của phần tử, điện trở dây dẫn và điện trở mạch vòng đều kết lại thành một độ lệch và một sai số độ lợi, và cả hai có thể được chỉnh tại mô-đun dựa vào một nhiệt kế chuẩn.

Cách chọn bộ truyền phù hợp

Hãy bắt đầu từ cảm biến, vì kiểu đầu vào bị chốt cho mô-đun. Một Pt100 là lựa chọn thường dùng khi nhiệt độ phải đứng vững được và nằm trong dải của nó; một cặp nhiệt điện tiếp quản khi nhiệt độ đủ cao hoặc điểm đo đủ nhỏ khiến một phần tử điện trở trở nên bất tiện. Tài liệu liệt kê Pt100, Cu50, Cu100 và Pt1000 ở phía điện trở, cùng các kiểu B, E, J, K, N, R, S và T cộng WRe3-25 và WRe5-26 ở phía cặp nhiệt điện.

Rồi đến dải đo được gán, tức quyết định ảnh hưởng tới số đọc nhiều nhất trên thực tế. Mạch vòng 4-20 mA mang một dải dòng cố định, và dải được gán cho nó quyết định mỗi miliampe tương ứng bao nhiêu nhiệt độ. Gán một dải hẹp quanh dải làm việc cho số đọc mịn hơn trong phạm vi đó, nhưng mọi thứ ngoài dải sẽ bị cắt. Tài liệu liệt kê các dải đo được gán từ -20-60 °C tới 0-600 °C theo các bậc cho trong bảng chọn, và một mức ghi 0-100 °C xuất hiện ở phiên bản 0-10 V.

Rồi đến bản thân mạch vòng. Nguồn nuôi là 24 VDC và tải được nêu là 250 Ω hoặc 500 Ω, kèm một giới hạn điện trở dây dẫn phải tuân theo. Khi tuyến dây dài, hoặc thiết bị nhận trình ra một tải nặng hơn, chính điện áp còn lại tại mô-đun là thứ ràng buộc cách bố trí, và tài liệu đưa ra một cách chế tạo theo đơn đặt hàng khi điện trở dây dẫn trên một tuyến Pt100 vượt 35 Ω.

Rồi đến môi trường và cách lắp. Tài liệu cho một dải làm việc -30 đến 80 °C trong bảng thông số nhưng mô tả -20 đến +60 °C là dải làm việc thường dùng, và cũng liệt kê một dải vận chuyển và lưu trữ -40 đến 120 °C. Vỏ là một đế 44×40 mm với các vít M3×5, hợp với một bảng hoặc một hộp tại hiện trường hơn là một bức tường.

Cuối cùng là đầu dò ghép nối. Tài liệu ghi nhận các đầu dò đi kèm mô-đun, gồm một Pt100 cán φ4×30 mm trên một dây chống nước 0,5 m, một Pt100 dẹt 7,5×20×3,6 mm, một bản chống nước có ren trên dây 1,5 m với ren M6×1, và một bản chịu nhiệt độ cao trên ren M12×1 được định mức tới 420 °C. Vật liệu cách điện của dây dẫn không giống nhau giữa các lựa chọn đó, và chỉ các dây dệt thép không gỉ mang định mức nhiệt độ cao.

Giới hạn và các điểm cần xác nhận

Con số độ chính xác cần một chuẩn tham chiếu thì mới có nghĩa. 0,2 % FS là một phần trăm của dải đo được gán chứ không phải của nhiệt độ đo được, nên một dải 0-600 °C và một dải 0-50 °C cho ra những sai số tuyệt đối rất khác nhau từ cùng một con số. Tài liệu không nêu chuẩn tham chiếu nào đứng sau nó, vì vậy con số đó nên được đọc như quy cách của nhà cung cấp và được xác nhận qua một chứng nhận ở nơi ứng dụng phụ thuộc vào nó.

Hai con số hệ số nhiệt độ không được đối chiếu với nhau. Một con số chung ≤25 ppm/°C FS và một con số riêng cho Pt100 là ≤250 ppm/K FS trên dải 100 °C chênh nhau một bậc độ lớn, và tài liệu không nói con số chung phủ những đầu vào nào. Khi mô-đun làm việc xa nhiệt độ hiệu chuẩn, khoảng hở đó quan trọng hơn cả con số độ chính xác, và chừng nào chưa được chốt thì con số rộng hơn là con số an toàn để giả định.

Vài giới hạn trong tài liệu cần được đọc cẩn thận. Giới hạn điện trở dây dẫn được nêu là dưới 80 Ω cho cả tải 500 Ω lẫn tải 250 Ω, điều khác thường: điện trở dây dẫn cho phép thường giảm khi tải tăng, vì cả hai cùng tiêu hao một điện áp mạch vòng. Con số đó đã được đánh dấu chứ không công bố thành hai giới hạn đã xác minh riêng biệt. Tương tự, giới hạn dòng đầu ra 20,3 mA là một con số bão hòa, không phải một điểm làm việc.

Nhiều tham số mà một quy cách thường nêu thì không có: cấp bảo vệ, các giới hạn độ ẩm, điện áp cách ly giữa đầu vào và đầu ra, và độ ổn định lâu dài. Chúng xuất hiện trên trang này dưới dạng thông tin cần thiết chứ không dưới dạng ước lượng. Tài liệu cũng nêu rằng các linh kiện là hàng nhập khẩu mà không nêu một cấp hay một xuất xứ nào, và điều đó không được công bố ở đây vì không chứng minh được từ tài liệu được cung cấp.

Hai điểm thực tế về cụm lắp. Tài liệu nêu các đầu dò ghép nối được lắp ráp bằng tay và có thể mang theo độ biến thiên phép đo, nên cặp đầu dò và bộ truyền nên được xử lý như một cụm phải gọt lại chứ không như hai món thay thế độc lập cho nhau. Và sản phẩm không mang ký hiệu model nào trong tài liệu được cung cấp: dòng nhận dạng trên vỏ là một nhãn cấu hình, nên một đơn hàng nên nêu kiểu đầu vào, dạng đầu ra và dải đo được gán thay vì nêu một mã.