Ρωτήστε πέντε άτομα τι σημαίνει "PT100" και συνήθως θα λάβετε "κάποιο είδος αισθητήρα θερμοκρασίας" ως πλήρη απάντηση. Είναι εντάξει, αν απλώς συνομιλείτε με το -, αλλά αν είστε αυτός που γράφει την προδιαγραφή αγοράς, τα κενά σε αυτήν την απάντηση είναι ακριβώς εκεί που εμφανίζονται αργότερα τα προβλήματα: ένας αισθητήρας που διαβάζει καλά στον πάγκο αλλά παρασύρεται μόλις συγκολληθεί σε ένα θερμοπηγάδι ή ένας που είναι τεχνικά σωστός αλλά έχει συνδεθεί με λάθος τρόπο για τον πομπό που τροφοδοτεί.
Αυτό το άρθρο καλύπτει τη μηχανική του τρόπου με τον οποίο ένα PT100 μετρά πραγματικά τη θερμοκρασία, τις πρακτικές διαφορές μεταξύ των τύπων αισθητήρων μεταξύ των οποίων θα επιλέξετε και - επειδή η θεωρία σας οδηγεί μόνο μέχρι στιγμής - σε μια πραγματική κατάσταση όπου η λανθασμένη λήψη μιας από αυτές τις λεπτομέρειες προκάλεσε ένα μετρήσιμο πρόβλημα σε μια γραμμή παραγωγής.
Τι είναι στην πραγματικότητα ένα PT100
Ένας PT100 είναι ένας ανιχνευτής θερμοκρασίας αντίστασης (RTD) - ένα στοιχείο πλατίνας του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση αλλάζει με γνωστό, επαναλαμβανόμενο τρόπο καθώς αλλάζει η θερμοκρασία. Το "100" στο όνομα είναι η τιμή αντίστασης σε 0 μοίρες: ακριβώς 100 ohms. Ζεσταίνετε, η αντίσταση ανεβαίνει. κρυώστε το, πέφτει η αντίσταση.
Η πλατίνα δεν είναι το μόνο μέταλλο που - υπάρχουν και RTD νικελίου και χαλκού - αλλά η πλατίνα κέρδισε για βιομηχανική χρήση επειδή δεν οξειδώνεται εύκολα, διατηρεί τη βαθμονόμησή της σε χρόνια θερμικού κύκλου και η καμπύλη αντίστασής της είναι αρκετά καλά-ορισμένη ώστε να έχει τυποποιηθεί διεθνώς. Αυτό το πρότυπο είναι το IEC 60751 και είναι το έγγραφο στο οποίο αναφέρεται αθόρυβα το φύλλο δεδομένων κάθε αξιόπιστου κατασκευαστή, ακόμη και όταν δεν το λέει ρητά.
Φυσικά, το στοιχείο βρίσκεται μέσα σε ένα μεταλλικό περίβλημα - συνήθως ανοξείδωτο 316, μερικές φορές Inconel ή Hastelloy για δυσάρεστα μέσα - με καλώδια μολύβδου να εξαντλούνται σε έναν πομπό ή στην αναλογική κάρτα εισόδου ενός ελεγκτή. Ο ίδιος ο αισθητήρας δεν έχει οθόνη και λογική. απλά αλλάζει αντίσταση. Όλα τα άλλα συμβαίνουν κατάντη.
Η Φυσική Πίσω από την Ανάγνωση
Γιατί η αντίσταση αλλάζει με τη θερμοκρασία
Καθώς η πλατίνα θερμαίνεται, η ατομική δόνηση αυξάνεται, γεγονός που καθιστά δυσκολότερη την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσω του πλέγματος - η αντίσταση αυξάνεται. Αυτή η σχέση δεν είναι γραμμική σε όλο το εύρος, αλλά είναι αρκετά κοντινή και{2}}αρκετά χαρακτηρισμένη, ώστε να αποτυπώνεται σε μια εξίσωση και όχι σε έναν πίνακα αναζήτησης μόνο: την εξίσωση Callendar-Van Dusen.
Για θερμοκρασίες πάνω από 0 βαθμούς, η απλοποιημένη μορφή είναι:
Rt=R0 [1 + Στο + Bt²]
Το R0 είναι 100 ohms για ένα PT100 και το A και το B είναι σταθερές από το IEC 60751. Κάτω από τη 0 μοίρα προστίθεται ένας τρίτος όρος επειδή η καμπύλη κάμπτεται ελαφρώς διαφορετικά εκεί κάτω. Δεν χρειάζεται να απομνημονεύσετε αυτό το -, αλλά αξίζει να γνωρίζετε ότι υπάρχει, γιατί είναι ο λόγος που ένα "PT100" από έναν κατασκευαστή και ένα "PT100" από έναν άλλο θα συμφωνούν πραγματικά μεταξύ τους σε μια δεδομένη θερμοκρασία, αντί να έχει το καθένα τη δική του ιδιωτική καμπύλη.
Ένας αριθμός που αξίζει να θυμάστε: στις 100 μοίρες, ένα τυπικό PT100 δείχνει περίπου 138,5 ohms. Εάν αντιμετωπίζετε προβλήματα με έναν αισθητήρα με ένα πολύμετρο και δεν είναι πουθενά κοντά σε αυτό σε ό,τι πρέπει να είναι 100 μοίρες , κάτι δεν πάει καλά - είτε το στοιχείο, η καλωδίωση ή η υπόθεσή σας σχετικά με τη θερμοκρασία στην οποία βρίσκεται στην πραγματικότητα.
Υπάρχει επίσης ένας διαχωρισμός για τον οποίο πρέπει να γνωρίζετε προτού παραγγείλετε: η "Ευρωπαϊκή καμπύλη" (άλφα=0.00385) είναι το πρότυπο παντού εκτός της Βόρειας Αμερικής, ενώ μια παλαιότερη "Αμερικανική καμπύλη" (0,00392) εξακολουθεί να εμφανίζεται σε κάποιο παλιό εξοπλισμό. Η ανάμειξη των δύο σε μια εκ των υστέρων προσαρμογή είναι μια κλασική πηγή ένδειξης θερμοκρασίας που είναι μειωμένη κατά μερικούς βαθμούς χωρίς προφανή λόγο.
Μετατρέποντας την αντίσταση σε έναν αριθμό που μπορείτε να διαβάσετε
Ένας πομπός περνάει ένα μικρό ρεύμα μέσω του στοιχείου, μετρά την τάση σε αυτό, υπολογίζει την αντίσταση και εφαρμόζει την καμπύλη για να φτύσει μια θερμοκρασία. Αυτό είναι όλο. Αυτός είναι επίσης ο λόγος που ένα PT100 είναι βασικά άχρηστο χωρίς πομπό ή κάρτα εισόδου με δυνατότητα RTD-πίσω του - ο αισθητήρας είναι μόνο η μισή αλυσίδα μέτρησης.
Η λεπτομέρεια καλωδίωσης που προκαλεί στην πραγματικότητα προβλήματα στο πεδίο
Αυτό είναι όπου πολλές αποφάσεις αγοράς πάνε στραβά και σπάνια συμβαίνει επειδή κάποιος ήταν απρόσεκτος - απλά δεν είναι προφανές εκτός και αν σας το πει κάποιος.
2-σύρμαείναι το φθηνότερο, αλλά η αντίσταση του ίδιου του καλωδίου μολύβδου προστίθεται κατευθείαν στην ένδειξη. Πάνω από ένα καλώδιο μήκους 30- μέτρων αυτό το σφάλμα δεν είναι πλέον ασήμαντο. Πρόστιμο για σύντομες διαδρομές ή μη κρίσιμη παρακολούθηση. δεν είναι εντάξει για οτιδήποτε θα θέλατε να ελέγξετε.
3-σύρμαείναι η προεπιλογή για τις περισσότερες βιομηχανικές εργασίες. Ένα τρίτο καλώδιο επιτρέπει στον πομπό να εκτιμήσει και να ακυρώσει την αντίσταση ηλεκτροδίου, υποθέτοντας ότι οι τρεις αγωγοί ταιριάζουν σε μήκος και μετρητή. Καλή ισορροπία κόστους και ακρίβειας, γι' αυτό και είναι αυτό που θα βρείτε στην πλειονότητα των πομπών διεργασίας που πωλούνται σήμερα.
4-σύρμααφαιρεί σχεδόν εξ ολοκλήρου το σφάλμα αντίστασης ηλεκτροδίου διαχωρίζοντας τα καλώδια ανίχνευσης-ρεύματος και τάσης-. Αυτό είναι ό,τι θέλετε για τα πρότυπα αναφοράς βαθμονόμησης ή οπουδήποτε, τα κλάσματα ενός βαθμού έχουν πραγματικά σημασία - αλλά είναι υπερβολικό και επιπλέον κόστος για πολλά γενικά σημεία παρακολούθησης.
Το λάθος που βλέπω πιο συχνά είναι ότι δεν επιλέγω τον λάθος τύπο καλωδίωσης μεμονωμένα - είναι η παραγγελία ενός αισθητήρα 3 συρμάτων για έναν πομπό που έχει διαμορφωθεί για είσοδο 2 καλωδίων ή το αντίστροφο. Ο αισθητήρας και το όργανο πρέπει να συμφωνήσουν, και αυτή η λεπτομέρεια είναι εύκολο να χαθεί όταν η προμήθεια και τα όργανα είναι δύο διαφορετικά άτομα που εργάζονται σε δύο διαφορετικά έγγραφα.
Σύρμα-Τραύμα εναντίον λεπτών-Στοιχείων μεμβράνης
Σύρμα-τραύμαστοιχεία - σύρμα πλατίνας τυλιγμένα γύρω από έναν κεραμικό ή γυάλινο πυρήνα - τείνουν να διατηρούν τη βαθμονόμηση εξαιρετικά καλά για μεγάλη διάρκεια ζωής και μεγάλες εναλλαγές θερμοκρασίας. Είναι πιο ακριβά και λίγο πιο εύθραυστα μηχανικά.
Λεπτό-φιλμΤα στοιχεία κατασκευάζονται με την εναπόθεση πλατίνας σε ένα κεραμικό υπόστρωμα, παρόμοιο σε πνεύμα με τον τρόπο κατασκευής ενός μικροτσίπ. Είναι μικρότερα, φθηνότερα στην παραγωγή σε όγκο και αντέχουν καλύτερα στους κραδασμούς -, γι' αυτό έχουν αναλάβει σε μεγάλο βαθμό τη γενική βιομηχανική χρήση και τη χρήση OEM. Το αντάλλαγμα-είναι ένα στενότερο ονομαστικό εύρος θερμοκρασίας σε σύγκριση με τις εκδόσεις τυλιγμένου καλωδίου- premium, αν και για τις περισσότερες εργασίες διεργασίας αυτό το ανώτατο όριο δεν προσεγγίζεται ποτέ στην πραγματικότητα.
Εάν η εφαρμογή σας είναι ήπια - σκεφτείτε ότι ο αγωγός HVAC, η γενική παρακολούθηση δεξαμενής - λεπτής-μεμβράνης είναι σχεδόν πάντα η οικονομική και λογική επιλογή. Αποθηκεύστε το σύρμα-το τραύμα για εφαρμογές υψηλής-θερμοκρασίας ή μακράς{6}}υπηρεσίας-ζωής όπου η επιπλέον σταθερότητα επιστρέφει το κόστος της.
PT100 έναντι θερμοστοιχείου έναντι PT1000
Νέοι αγοραστέςόργανα θερμοκρασίαςΣυχνά ρωτούν ποιο από αυτά τα τρία πρέπει πραγματικά να προσδιορίσουν.
Εναντίον αθερμοστοιχείο, ένα PT100 κερδίζει με ακρίβεια και-μακροπρόθεσμη σταθερότητα στο χαμηλό-έως-μέσο εύρος (περίπου -200 μοίρες έως 850 μοίρες ) και δεν απαιτεί αντιστάθμιση ψυχρής διασταύρωσης. Ένα θερμοστοιχείο κερδίζει όπου οι θερμοκρασίες είναι υψηλότερες από ό,τι μπορεί να αντέξει η πλατίνα ή όπου χρειάζεστε ταχύτερη απόκριση και μπορείτε να ζήσετε με χαμηλότερη ακρίβεια.
Εναντίον αPT1000, η αρχή λειτουργίας είναι πανομοιότυπη - ίδια πλατίνα, ίδια φυσική - μόλις 1.000 ohms σε 0 μοίρες αντί για 100. Αυτή η υψηλότερη αντίσταση βάσης καθιστά αναλογικά μικρότερο το σφάλμα αγωγού-του καλωδίου, επομένως ένα PT1000 μπορεί συχνά να ξεφύγει με 2{00}Ακρίβεια καλωδίωσης χωρίς την τιμωρία καλωδίωσης. Αυτό κάνει το PT1000 μια κοινή επιλογή στον αυτοματισμό κτιρίων, όπου οι διαδρομές καλωδίων είναι μεγάλες, αλλά δεν επιδιώκετε την ακρίβεια εργαστηρίου.
Μια πραγματική υπόθεση: Όταν δεν ήταν το "Κοντά αρκετά".
Μια επιχείρηση-επεξεργασίας τροφίμων που εκτελούσε μια γραμμή παστερίωσης λάμβανε ασυνεπείς ενδείξεις θερμοκρασίας παρτίδας για εβδομάδες - τίποτα το δραματικό, μόνο δύο βαθμούς μετατόπισης που εμφανιζόταν κατά διαστήματα και δεν συσχετίστηκε με τίποτα προφανές στην ίδια τη διαδικασία. Η συντήρηση είχε ήδη αλλάξει τον αισθητήρα μία φορά, υπέθεσε ότι είχε διορθώσει το πρόβλημα και προχώρησε. Επέστρεψε ένα μήνα αργότερα.
Η πραγματική αιτία αποδείχθηκε ότι ήταν η καλωδίωση, όχι ο αισθητήρας: το αρχικό 3-καλώδιο PT100 είχε αντικατασταθεί με μια μονάδα από διαφορετικό προμηθευτή του οποίου το μετρητή καλωδίων ηλεκτροδίου ήταν ελαφρώς διαφορετικό από την αρχική λειτουργία, γεγονός που απέρριψε την αντιστάθμιση αντίστασης καλωδίου-που υπολόγιζε ο πομπός. Στα χαρτιά, και οι δύο αισθητήρες πληρούσαν τις προδιαγραφές. Στην πράξη, η αναντιστοιχία ήταν αρκετά μεγάλη ώστε να ωθήσει την ένδειξη εκτός της ανοχής που είχε σημασία για τον χρόνο αναμονής της παστερίωσης - μια παράμετρος ασφάλειας τροφίμων, όχι μια καλλυντική.
Η επιδιόρθωση δεν ήταν καλύτερος αισθητήρας. Τυποποιούσε το μετρητή και το μήκος του καλωδίου μολύβδου σε όλο το απόθεμα αντικατάστασης για αυτήν τη γραμμή και προσέθετε έναν γρήγορο έλεγχο αντίστασης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος ως βήμα επιθεώρησης λήψης-προτού τεθεί σε λειτουργία οποιοσδήποτε νέος αισθητήρας. Το μάθημα γενικεύει: ένα PT100 είναι τόσο ακριβές όσο ολόκληρη η αλυσίδα μέτρησης γύρω του και "ο ίδιος αριθμός εξαρτήματος" δεν σημαίνει πάντα "το ίδιο πραγματικό καλώδιο".
Τι πρέπει να ελέγξετε πραγματικά πριν παραγγείλετε
Για τους περισσότερους αγοραστές, η απόφαση καταλήγει σε πέντε ερωτήσεις, περίπου με αυτήν τη σειρά σπουδαιότητας:
- Ποιο είναι το εύρος θερμοκρασίας της διαδικασίας και πόσο σφιχτή πρέπει να είναι η ανοχή;Αυτό καθορίζει την κλάση ακρίβειας - Η κλάση Β (±0,30 μοίρες σε 0 μοίρες ) καλύπτει την πιο γενική παρακολούθηση. Η κλάση Α ή το 1/3 DIN αξίζει το premium για βρόχους ελέγχου ή ρυθμιζόμενες διαδικασίες.
- Τι καλωδίωση περιμένει ο πομπός ή η κάρτα PLC σας;Επιβεβαιώστε αυτό πριν από την παραγγελία, όχι μετά από - είναι η πιο κοινή αιτία αποφεύξιμων προβλημάτων στο πεδίο.
- Ποιο είναι το υλικό του περιβλήματος και η διάμετρος του ανιχνευτή που ταιριάζουν στα μέσα διεργασίας και την πίεσή σας;Διαβρωτικές εφαρμογές ή εφαρμογές υψηλής
- Χρειάζεστε πομπό-με κεφαλή;Η μετατροπή σε σήμα 4-20 mA ακριβώς στον αισθητήρα βελτιώνει την ασυλία θορύβου σε μεγάλες διαδρομές καλωδίων και αξίζει το επιπλέον κόστος σε ηλεκτρικά θορυβώδη περιβάλλοντα.
- Ποιο είναι το σχέδιο βαθμονόμησης και αντικατάστασης;Οι αισθητήρες μετατοπίζονται μετά από χρόνια θερμικού κύκλου. Οι κρίσιμες διαδικασίες συνήθως ελέγχονται ετησίως. Τα σημεία παρακολούθησης χαμηλών-πονταρισμάτων μπορεί να διαρκέσουν περισσότερο.
Σημειώσεις εγκατάστασης που αξίζει να γνωρίζετε
Το βάθος εισαγωγής μετράει περισσότερο από ό,τι περιμένουν οι περισσότεροι - το άκρο ανίχνευσης πρέπει να φτάσει στην πραγματική ροή ή το μέσο, όχι απλώς να τρυπήσει μέσα από το τοίχωμα του σωλήνα ή θα καταλήξετε να μετρήσετε το οριακό στρώμα αντί για τη διαδικασία. Τα θερμοπηγάδια αξίζουν το επιπλέον κόστος όπου η πίεση, η διάβρωση ή η ανάγκη αντικατάστασης εν θερμώ-είναι ένας παράγοντας. Και αν αντιμετωπίζετε προβλήματα σε μια ένδειξη που φαίνεται απενεργοποιημένη, ελέγξτε την αντίσταση σε μια γνωστή θερμοκρασία αναφοράς (το παγωμένο νερό είναι μια φθηνή, αξιόπιστη αναφορά 0 μοιρών) προτού υποθέσετε ότι ο πομπός ή η ίδια η διαδικασία είναι το πρόβλημα.
Κατώτατη γραμμή
Η φυσική πίσω από ένα PT100 είναι απλή και δεν έχει αλλάξει εδώ και δεκαετίες - η αντίσταση της πλατίνας αυξάνεται προβλέψιμα με τη θερμοκρασία και αυτή η σχέση είναι τυποποιημένη, ώστε τα όργανα διαφορετικών κατασκευαστών να συμφωνούν μεταξύ τους. Εκεί που οι αγοραστές κάνουν πραγματικά λάθος δεν είναι η ίδια η επιλογή του αισθητήρα. είναι οι λεπτομέρειες γύρω από αυτό - διαμόρφωση καλωδίωσης, συνοχή σύρματος μολύβδου, υλικό θήκης για τις πραγματικές συνθήκες διεργασίας. Αποκτήστε τα σωστά στο στάδιο προδιαγραφών και το τμήμα του αισθητήρα είναι το εύκολο μέρος.
Εάν προμηθεύεστε αισθητήρες PT100 για μια συγκεκριμένη γραμμή ή εξοπλισμό, στέλνοντας στον προμηθευτή σας το εύρος θερμοκρασίας, την απαιτούμενη κατηγορία ακρίβειας, τον τύπο καλωδίωσης και το περιβάλλον εγκατάστασης εκ των προτέρων - και όχι απλώς έναν αριθμό ανταλλακτικού - είναι συνήθως αυτό που διαχωρίζει έναν αισθητήρα που λειτουργεί από αυτόν που αντικαθίσταται δύο φορές πριν κάποιος βρει το πραγματικό πρόβλημα.
Συχνές Ερωτήσεις
Είναι το PT100 το ίδιο πράγμα με ένα RTD;
Όχι - Το PT100 είναι ένας συγκεκριμένος τύπος RTD, κατασκευασμένος από πλατίνα με αντίσταση 100 ohms σε 0 μοίρες. Η RTD είναι η ευρύτερη κατηγορία, η οποία περιλαμβάνει επίσης αισθητήρες PT500, PT1000 και νικελίου- ή χαλκού-.
Πόσο ακριβής είναι ένας αισθητήρας PT100, αλήθεια;
Η κατηγορία Β είναι ακριβής σε περίπου ±0,30 μοίρες σε 0 μοίρες. Η κλάση Α το σφίγγει σε περίπου ±0,15 βαθμούς. Οι αισθητήρες υψηλής-ακρίβειας 1/10 DIN φτάνουν τις ±0,03 μοίρες , που είναι ως επί το πλείστον μια τυπική προδιαγραφή εργαστηρίου ή βαθμονόμησης- και όχι κάτι γενικό που χρειάζεται η παρακολούθηση της διαδικασίας.
Μπορεί ένα PT100 να χειριστεί θερμοκρασίες υπό{1}}υπό το μηδέν;
Ναι, οι τυπικές μονάδες βαθμολογούνται σε περίπου -200 μοίρες , που καλύπτει τις περισσότερες εφαρμογές κρυογονικής και ψυχρής αλυσίδας χωρίς να χρειάζεται κάτι εξειδικευμένο.
Γιατί ορισμένοι αισθητήρες PT100 έχουν τρία ή τέσσερα καλώδια αντί για δύο;
Τα επιπλέον καλώδια επιτρέπουν στο όργανο να αφαιρέσει την αντίσταση του ίδιου του καλωδίου ηλεκτροδίου, το οποίο διαφορετικά θα μετρούσε ως μέρος του σήματος θερμοκρασίας - ένα σφάλμα που μεγαλώνει με το μήκος του καλωδίου.
Αναφορές
- Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή.IEC 60751 - Βιομηχανικά θερμόμετρα αντίστασης πλατίνας και αισθητήρες θερμοκρασίας πλατίνας.
- Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST).Δεδομένα αναφοράς θερμομετρικής κλίμακας θερμοκρασίας και αντίστασης πλατίνας ITS-90.
- Omega Engineering.Οδηγός αναφοράς RTD (Resistance Temperature Detector).
- Fluke Corporation.Βαθμονόμηση: Η φιλοσοφία στην πράξη - Θερμομετρία αντίστασης.
