Hőmérséklet-távadó: működése, pontossága és kiválasztása

Mi az a hőmérséklet-távadó és hogyan működik?

A hőmérséklet távadó úgy működik, hogy egy hőmérséklet-érzékelő elem elektromos kimenetét veszi, belső jelkondicionáló és linearizáló áramkörön keresztül feldolgozza, és a mért hőmérséklettel arányos szabványos kimenetet állít elő. A modern digitális hőmérséklet-távadó belső architektúrája négy funkcionális szakaszból áll, amelyek együttesen a nyers, nemlineáris szenzorjelet pontos, zajálló kimenetté alakítják, amely alkalmas nagy távolságú átvitelre és közvetlen feldolgozásra egy elosztott vezérlőrendszerrel vagy programozható logikai vezérlővel.

A hőmérséklet-távadó négy belső fokozata

A modern ipari hőmérséklet-távadók jelfeldolgozási lánca egységes architektúrát követ, függetlenül attól, hogy a bemenet hőelemről, RTD-ről vagy más típusú érzékelőről származik:

• Bemeneti jel gyűjtése: A távadó bemeneti áramköre fogadja az érzékelő jelét, amely lehet egy millivoltos EMF egy hőelemtől (tipikusan 0-60 mV a típustól és hőmérséklet-tartománytól függően), vagy egy ellenállásérték egy RTD-től (általában 100-400 ohm Pt100 érzékelő esetén a mérési tartományban). A bemeneti áramkör biztosítja a gerjesztési áramot az RTD érzékelők számára (általában 0,2-1,0 mA az önmelegedési hiba minimalizálása érdekében), és nagy bemeneti impedanciaerősítést alkalmaz a termoelem millivoltos jeleire, hogy elkerülje az érzékelő kimenetének terhelését.
• Analóg-digitális átalakítás: Az erősített bemeneti jelet egy nagy felbontású analóg-digitális konverter alakítja át digitális reprezentációvá, jellemzően 16-24 bites felbontással. Ez a nagy felbontás biztosítja, hogy a távadó nagyon kis hőmérséklet-változásokat képes megoldani a konfigurált mérési tartományon belül. A 16 bites konverter 100 Celsius fokos tartományban körülbelül 0,0015 Celsius fokos egyedi hőmérsékletváltozásokat old fel, ami sokkal finomabb, mint a rendszer végső mérési bizonytalansága, de biztosítja a pontosság fenntartásához szükséges belső pontosságot a linearizálás és a kimeneti számítások után.
• Linearizálás és kompenzáció: A digitális processzor a távadó memóriájában tárolt érzékelőspecifikus jellemzési polinomot alkalmazza, hogy a nyers digitális értéket hőmérsékleti értékké alakítsa. Ez a linearizálási lépés elengedhetetlen, mert sem az EMF-hőmérséklet, sem az RTD-ellenállás és a hőmérséklet közötti összefüggések nem lineárisak; az IEC 60584 szabványban a hőelemekre és az IEC 60751 szabványban a Pt RTD-kre meghatározott jellemzési polinomok kompenzálják ezeket a nemlinearitásokat. Hőelemes távadók esetében ez a szakasz a hideg átmenet kompenzációját is alkalmazza, amely figyelembe veszi a referencia csatlakozási hőmérsékletet a távadó kapcsainál, amelyet meg kell mérni, és ki kell vonni a hőelem kimenetéből a pontos folyamathőmérséklet leolvasásához.
• Kimenet generálása: A linearizált hőmérsékleti érték a kimeneti áram kiszámítására szolgál úgy, hogy a mért hőmérsékletet lineárisan leképezi a 4 és 20 mA közötti áramtartományra. Az adó egy precíziós áramforrást hajt meg, amely a hurok tápfeszültségétől és a kábel ellenállásától függetlenül fenntartja a számított áramkimenetet, biztosítva a feszültségfüggetlen áramhurok jelet, amelyet a vevő műszer folyamatváltozónak tekint.

Hogyan működik a hőmérséklet-távadó hőelemekkel?

A hőelem két különböző fémhuzal csomópontja, amely kis elektromotoros erőt (EMF) hoz létre, amely arányos a mérési csomópont (a folyamat mérési pontján elhelyezett forró csomópont) és a referencia csomópont (a hideg csomópont, amely azon a ponton található, ahol a hőelem vezetéke rézvezetőkké alakul át, jellemzően a bemeneti adó terminálján) közötti hőmérséklet-különbséggel. A hőelem nem méri az abszolút hőmérsékletet; hőmérséklet-különbséget mér, és a hőmérséklet-távadónak hozzá kell adnia a referencia csomóponti hőmérsékletet, hogy ezt a különbséget abszolút folyamathőmérsékletté alakítsa.

A modern hőmérséklet-távadók belső hidegátmenet-kompenzációs érzékelőt tartalmaznak, jellemzően precíziós termisztort vagy szilícium sávszélesség-érzékelőt, amely a hőelem bemeneti kapcsaira van szerelve. Ez az érzékelő méri a távadó bemeneti kapcsainak tényleges hőmérsékletét, és ezt a referencia-csomóponti hőmérsékletet hozzáadja a mért hőelem EMF-hez a linearizációs számítás során. A hidegátmenet-kompenzáció pontossága jelentősen hozzájárul a hőelemes távadó-rendszerek általános mérési bizonytalanságához, és a jó minőségű távadók a hidegátmenet-kompenzációs pontosságukat külön határozzák meg a távadó jelkondicionálási pontosságától. A 0,5 Celsius-fok hideg csomópont kompenzációs hibája közvetlenül növeli a teljes mérési hibát, függetlenül az összes többi rendszerelem minőségétől.

A hőelem típusának megválasztása meghatározza az érzékelő távadó kombináció mérési tartományát, érzékenységét és kémiai kompatibilitási jellemzőit. Az ipari hőmérséklet-távadók leggyakoribb típusai a következők:

• K típus (Chromel/Alumel): A legszélesebb körben használt ipari hőelem, amely körülbelül 200 és 1260 Celsius-fok közötti tartományt fed le, körülbelül 41 mikrovolt/Celsius-fok Seebeck-együtthatóval. A K típus alkalmas oxidáló és inert atmoszférákra, és megfelelő pontosságot biztosít a legtöbb ipari hőmérséklet-felügyeleti alkalmazáshoz.
• J típus (vas/konstans): Alkalmas redukáló vagy vákuum atmoszférához, 40-750 Celsius-fok tartományban és körülbelül 51 mikrovolt/Celsius-fok Seebeck-együtthatóval. A magasabb fokonkénti teljesítmény a K típushoz képest kisebb távadó bemeneti jeleket jelent, de a vasvezető korlátozza a maximális hőmérsékletet és a megengedett légkört.
• T típus (réz/konstantán): 200 és 350 Celsius-fok közötti kriogén és alacsony hőmérsékletű mérésekhez használható, kiváló ismételhetőség 0 Celsius fok alatti hőmérsékleten, így ez az előnyben részesített választás hidegkamrás és kriogén tárolási felügyeleti alkalmazásokhoz.
• R és S típusú (platina/ródium ötvözetek): Nemesfém hőelemek, amelyeket 0 és 1600 Celsius fok közötti magas hőmérsékleten használnak olyan alkalmazásokban, mint az üveg-, kerámia- és acélgyártás, ahol a nem nemesfém hőelemek nem maradnának életben. Alacsonyabb Seebeck-együtthatójuk (körülbelül 10 mikrovolt Celsius-fokonként) nagy felbontású adó bemeneti erősítést igényel a megfelelő pontosság eléréséhez.

RTD bemeneti feldolgozás hőmérséklet-távadókban

Az ellenálláshőmérséklet-detektorok (RTD-k) a hőelemektől alapvetően eltérő fizikai elven működnek, és a tiszta fémelem (Pt100 és Pt1000 típusoknál platina) elektromos ellenállásának növekedését mérik a hőmérséklet emelkedésével. A távadó egy kis ismert áramot szolgáltat az RTD elemen keresztül, és méri a kapott feszültséget az ellenállás kiszámításához, majd a Callendar Van Dusen egyenletet vagy az IEC 60751 jellemzési polinomot alkalmazza az ellenállás hőmérsékletgé alakításához.

Három vezetékes és négy vezetékes RTD csatlakozási konfigurációt használnak a vezeték ellenállásának a mérési pontosságra gyakorolt ​​hatásának kiküszöbölésére. Kétvezetékes konfigurációban a vezeték ellenállása (amely a környezeti hőmérséklettől és a vezeték hosszától függően változik) közvetlenül hozzáadódik a mért RTD ellenálláshoz, és olyan hibát okoz, amely nem javítható. Három vezetékes konfigurációban az adó Wheatstone-hidat vagy azzal egyenértékű áramkört használ, amely megszünteti a közös visszatérő vezeték vezetékellenállását, csökkentve a hibát a két különálló vezeték közötti ellenállás-különbségre. A négyvezetékes konfigurációban a különálló áramvezető és feszültségérzékelő vezetékpárok teljesen kiküszöbölik a vezeték ellenállásának a mérésre gyakorolt ​​hatását, így elérik az RTD érzékelő teljes belső pontosságát. A négy vezetékes csatlakozás szabványos a laboratóriumi és nagy pontosságú folyamatalkalmazásokhoz; A három vezetékes csatlakozás gyakori az ipari létesítményekben, ahol a maradék vezeték ellenállási hiba elfogadható.

Mennyire pontosak a hőmérséklet-távadók?

A hőmérséklet-távadó rendszer pontossága több egyedi hibaforrásból áll, amelyek mindegyike hozzájárul a teljes mérési bizonytalansághoz. Ezen hibaforrások és azok kombinációjának megértése elengedhetetlen egy adott alkalmazáshoz megfelelő pontosságú távadó kiválasztásához, valamint a távadó adatlapjain szereplő pontossági specifikációk értelmezéséhez.

A távadó pontosságának komponensei

A teljes hőmérséklet-távadó rendszer pontossági költségvetése a következő forrásokból származó hozzájárulásokat tartalmazza:

• Érzékelő pontossága: Az IEC 60751 szabvány a Pt100 RTD pontosság két osztályát határozza meg. Az A osztályú érzékelők plusz vagy mínusz (T abszolút értékének 0,15 0,002-szerese) Celsius-fok pontosságúak, ahol T a hőmérséklet Celsius-fokban, ami körülbelül plusz-mínusz 0,25 Celsius-fokot ad 50 Celsius-fokon és plusz-mínusz 0,55 Celsius-fokot 200 Celsius-fokon. A B osztályú érzékelők tűrése kétszerese az A osztálynak. A hőelem pontosságát az IEC 60584 szerint a leolvasás százalékában vagy egy rögzített értékben fejezik ki Celsius-fokban, amelyik nagyobb: a szabványos 1. osztályú K típusú hőelemek pontossága plusz vagy mínusz 1,5 Celsius fok vagy plusz vagy mínusz 0,4 százalék.
• Az adó referenciapontossága: A távadó saját jelkondicionálási pontossága, referencia környezeti hőmérsékleten (általában 20-25 Celsius fok) meghatározott stabil körülmények között. A kiváló minőségű ipari hőmérséklet-távadók olyan gyártóktól, mint az Emerson Rosemount, ABB, Endress Hauser és Yokogawa, plusz-mínusz 0,05 és 0,1 Celsius fok közötti referenciapontossági specifikációt érnek el az RTD bemeneteknél és plusz-mínusz 0,1 és 0,5 Celsius fok között a hőelemes bemeneteknél, ha a rendszer viszonylag kicsi a távadó-bemenetekhez. pontossági érzékelőket használnak.
• Környezeti hőmérséklet hatása: A távadó pontossága csökken, ha működési hőmérséklete eltér a referenciahőmérséklettől. A távadó tipikus környezeti hőmérséklet-hatásait a környezeti hőmérséklet változásának Celsius-fokonkénti teljesítményének változásaként határozzák meg, gyakran 0,005 és 0,02 Celsius fok között a környezeti hőmérséklet változásának Celsius-fokonkénti tartományában. A mínusz 20 és plusz 60 Celsius-fok közötti környezeti hőmérsékletű távadóban elhelyezett távadóban a környezeti hőmérséklet hatása 0,4-1,6 Celsius-fokkal további bizonytalanságot adhat a teljes mérési hibához.
• Hosszú távú drift: A hőmérséklet-távadó pontossága az elektronikai alkatrészek elöregedése és a hőciklusból eredő mechanikai igénybevétel miatt az idő múlásával fokozatosan eltolódik. A jól megtervezett ipari távadók hosszú távú stabilitást adnak meg plusz-mínusz 0,1-0,25 százalék közötti hatótávolsággal 10 éves üzemidő alatt, ami átlagosan 100 Celsius-fokos mérési tartományban évi 0,1 Celsius-foknál kevesebb eltolódást jelent. Az eltolódás időszakos kalibrálási ellenőrzéssel történő ellenőrzése a szabványos gyakorlat a mérés sértetlenségének megőrzésére a távadó élettartama alatt.

Gyakorlati pontosság a folyamatalkalmazásokban

A jól illeszkedő érzékelő- és távadó-rendszer kombinált pontossága egy tipikus ipari folyamatrendszerben, figyelembe véve az összes hibaforrást, jellemzően a plusz-mínusz 0,5-2 Celsius-fok tartományba esik RTD-alapú rendszerek esetén, és plusz-mínusz 1,5-5 Celsius-fok hőelem alapú rendszerek esetében. A hőelemes rendszerek nagyobb bizonytalansági tartománya az érzékelő saját kisebb pontosságának, a távadónál tapasztalható hidegpont-kompenzációs hibának és a hőelemes EMF méréseknek az elektromos interferenciára való nagyobb érzékenységének kombinációját tükrözi.

A plusz-mínusz 0,5 Celsius-fok alatti mérési bizonytalanságot igénylő alkalmazásokhoz válasszon egy Pt100 RTD-t A osztályú vagy 1/3 DIN tűréshatárral, csatlakoztassa négyvezetékes konfigurációban, használjon nagy pontosságú távadót az RTD bemenethez, és telepítse a távadót stabil és mérsékelt környezeti hőmérsékletű helyre. A vezető gyártók négy vezetékes Pt100 rendszere plusz-mínusz 0,2 és 0,3 Celsius fok közötti kombinált mérési bizonytalanságot érhet el jól ellenőrzött telepítésekben, amelyek alkalmasak gyógyszerészeti, élelmiszeripari és precíziós technológiai alkalmazásokhoz, ahol szigorúbb hőmérséklet-szabályozásra van szükség.

Pontossági összehasonlítás: hőelem vs RTD távadó rendszerek

Integrált hőmérséklet-távadók: kialakítás és előnyei

An integrált hőmérséklet-távadó Az érzékelőelemet és a távadó elektronikáját egyetlen fizikai egységben egyesíti, jellemzően közvetlenül a védőcsőre vagy a hőmérséklet-érzékelő egység fejére szerelve. Ez az integrált megközelítés ellentétben áll a hagyományos osztott architektúrával, ahol egy különálló távérzékelő csatlakozik egy külön szerelt távadóhoz egy hosszabbítókábellel, és számos olyan gyakorlati és teljesítménybeli előnyt biztosít, amelyek az integrált távadókat a legtöbb új ipari folyamat hőmérsékleti rendszerének preferált konfigurációjává tették.

Az integrált hőmérséklet-távadók fizikai konfigurációi

Az integrált hőmérséklet-távadók két elsődleges fizikai konfigurációban állnak rendelkezésre:

• Fejre szerelhető adók: Kompakt távadó modul egy védőcsőre szerelt hőmérséklet-érzékelő egység csatlakozófejébe szerelve. A távadó modul jellemzően egy DIN B vagy DIN A formátumú házat foglal el, amely illeszkedik a szabványos csatlakozófejbe, és az érzékelő vezetékei közvetlenül csatlakoznak a távadó kapcsaihoz a zárt fejházban. A fejre szerelt távadók kiküszöbölik a hosszabbító vezetéket az érzékelő és a távadó között, eltávolítják az EMF-felvétel forrásait, az ólomellenállási hibát és a csatlakozó által kiváltott mérési romlást, amelyek hatással vannak a meghosszabbított vezetékrendszerekre. A szabványos 4-20 mA-es áramhurok jelet két vezetéken adják ki, amelyek a vezérlőrendszer csatlakozófejéből lépnek ki, és csak szabványos vezérlőkábelre van szükség, nem pedig az osztott architektúrás rendszerekben szükséges speciális hosszabbító vezetékre vagy hőelemes hosszabbító vezetékre.
• Sínre szerelt vagy DIN sínes adók: Kompakt távadó modulok szabványos DIN 35 sínre szerelhető műszerszekrényekbe vagy rendezőpanelekbe, amelyek általában rövid vagy közepes kábelhosszon fogadják a távoli terepi érzékelők érzékelőbemeneteit. Ezek a távadók ugyanazt az érzékelő bemeneti tartományt fogadják el, mint a fejre szerelhető típusok, de a műszerszekrény ellenőrzött környezetében helyezkednek el, csökkentve a tapasztalt környezeti hőmérséklet-ingadozást, és egyszerűsítve a hozzáférést a konfigurációhoz és a cseréhez. A sínre szerelt távadókat általában olyan csoportos alkalmazásokban használják, ahol több érzékelő táplálja be egyetlen szekrénybe, és ahol a folyamat csatlakozási helye nem teszi lehetővé fejre szerelt távadó felszerelését hőmérséklet, rezgés vagy hozzáférési korlátok miatt.

Az integrált távadók teljesítménybeli előnyei

Az integrált architektúra mérhető teljesítménynövekedést biztosít az osztott érzékelős adórendszerekhez képest több területen, amelyek közvetlenül befolyásolják a mérés minőségét és a rendszer megbízhatóságát:

• A hőelem hosszabbító vezeték hibáinak kiküszöbölése: A hőelem hosszabbító vezetéke továbbítja a hőelem millivoltos jelét az érzékelőfejtől a távoli adóhoz vagy vezérlőrendszerhez. Bármilyen szakadás, csatlakozó vagy földhurok ebben a hosszabbító vezetékben olyan hibákat okoz, amelyek megkülönböztethetetlenek a fogadó műszer legitim hőmérsékleti jeleitől. A fejre szerelt távadók teljesen megszüntetik a hosszabbító vezetéket azáltal, hogy a millivoltos jelet 4-20 mA-es áramhurok jellé alakítják az érzékelőfejen, és az áramhurok jele teljesen immunis azokra a zajokra és szivárgási hibákra, amelyek hosszú távon megrongálják a millivoltos jeleket.
• Javított zajvédelem: Az integrált távadó 4-20 mA áramhurok kimenete sokkal jobban ellenáll a közeli motorok, frekvenciaváltók és tápkábelek elektromágneses interferenciájának (EMI), mint a millivoltos érzékelő jelei, amelyeket hosszú hosszabbító vezetékeken továbbítanak. Jelentős elektromos zajjal járó ipari környezetben ez a zajtűrés javítása gyakran mérhetően csökkenti a mérési változékonyságot, ami közvetlenül a folyamat stabilabb szabályozását eredményezi.
• Csökkentett vezetékezési költségek: A 4-20 mA-es áramhurok-csatlakozásokhoz használt szabványos árnyékolt csavart érpárú kábel méterenként 40-60 százalékkal olcsóbb, mint a nem kompenzálatlan hőelem hosszú futásához szükséges speciális hőelem-hosszabbító vezeték. A vezérlőhelyiségtől legalább 50 méteres távolságban több száz hőmérsékletmérési ponttal rendelkező nagy telepítéseknél ez a kábelezési költségkülönbség jelentős tőkeköltség-megtakarítást jelent, amely részben vagy teljesen ellensúlyozza a fejre szerelt távadók magasabb egységköltségét az egyszerű sorkapocsfejekhez képest.

A megfelelő hőmérséklet-távadó kiválasztása folyamatszabályozáshoz

A megfelelő hőmérséklet-távadó kiválasztásához egy folyamatvezérlő alkalmazáshoz a távadó specifikációit az alkalmazás mérési követelményeihez kell igazítani egyidejűleg több dimenzióban. A következő keretrendszer a legfontosabb kiválasztási kritériumokkal foglalkozik egy gyakorlati döntési sorrendben.

Érzékelő típusa és mérési tartománya

Az első kiválasztási döntés az érzékelő típusa, amely meghatározza a rendszer alapvető pontossági potenciálját, mérési tartományát és környezeti kompatibilitását. Használjon RTD (Pt100 vagy Pt1000) érzékelőket és kompatibilis távadókat olyan alkalmazásokhoz, amelyeknél plusz-mínusz 1 Celsius-foknál jobb mérési pontosságot igényelnek, 600 Celsius-fok alatti hőmérsékleten, és ahol hosszú távú stabilitásra van szükség a folyamatos üzemelés során. Használjon hőelemes érzékelőket és kompatibilis távadókat 600 Celsius-fok feletti hőmérsékletekhez, olyan alkalmazásokhoz, ahol gyors reakcióra van szükség a gyors hőmérséklet-változásokra, vagy ahol az RTD érzékelők költsége túl magas sok mérési pont esetén.

A hőelem és az RTD bemeneteket egyaránt fogadó univerzális bemeneti távadók a legtöbb nagyobb gyártótól beszerezhetők, és különösen értékesek olyan létesítményekben, ahol sokféle érzékelőkészlet található, vagy olyan utólag beépített alkalmazásokban, ahol a meglévő érzékelő típusa a távadó beszerzésekor nem ismert. Az univerzális bemeneti távadók általában feláldoznak egy kis pontossági növekményt az érzékelőspecifikus távadókhoz képest a bemeneti áramkörök tervezése során felmerülő kompromisszumok miatt, amelyek mind a millivoltos szintű hőelem jelet, mind az RTD bemenetekhez szükséges ellenállásméréseket kezelik, de a modern kialakítások ezt a pontossági büntetést a legtöbb esetben 0,05 Celsius-fok alá csökkentették.

Kimeneti protokoll és kommunikációs követelmények

Az adó kimeneti protokolljának kompatibilisnek kell lennie a vevő vezérlőrendszer infrastruktúrájával:

• Csak 4-20 mA analóg: Alkalmas régebbi, digitális terepi kommunikációs képesség nélküli DCS- és PLC-rendszerekhez, vagy olyan egyszerű alkalmazásokhoz, ahol csak az aktuális folyamathőmérséklet-érték szükséges a vezérlőrendszernél, és nem kell diagnosztikai adatokat továbbítani. A csak analóg adó a legegyszerűbb és legalacsonyabb költségű opció, amelyhez csak szabványos analóg bemeneti kártya szükséges a vevő vezérlőrendszerben.
• 4-20 mA HART-tal: A HART protokoll (Highway Addressable Remote Transducer) digitális jelet helyez a 4-20 mA-es áramhurokra, lehetővé téve a konfigurációs, diagnosztikai és másodlagos folyamatváltozó adatok továbbítását egy HART-kompatibilis eszközkezelő rendszerhez, miközben az elsődleges 4-20 mA-es jel tovább működik a meglévő analóg bemeneti infrastruktúrával. A HART-képes távadók világszerte a domináns választást jelentik az új ipari hőmérséklet-távadó-telepítéseknél, mivel digitális diagnosztikai képességet biztosítanak a meglévő analóg vezetékes infrastruktúra cseréje nélkül.
• Foundation Fieldbus vagy PROFIBUS PA: Tisztán digitális terepi buszok, amelyek a 4–20 mA-es áramhurkot egy teljesen digitális kommunikációs protokollra cserélik, amely több folyamatváltozót, diagnosztikát és konfigurációs paramétert hordoz egyetlen vezetékpáron keresztül, amelyek több eszközt is csatlakoztathatnak egy busztopológiában. Megfelelő olyan új telepítésekhez, ahol a vezérlőrendszer támogatja ezeket a protokollokat, és az egyetlen vezetékpárból származó többváltozós mérés és átfogó diagnosztika előnyei indokolják az analóg vagy HART rendszerekhez képest magasabb telepítési tervezési költséget.
• Vezeték nélküli (WirelessHART vagy ISA100): Vezeték nélküli hőmérséklet-távadók, amelyek jelkábel nélkül továbbítják a méréseket egy vezeték nélküli átjáróhoz, akkumulátorról táplálva vagy a folyamat környezetéből származó energiát. A vezeték nélküli adók különösen értékesek az utólagos beszerelésű alkalmazásokban, ahol az új jelkábelek elérhetetlen vagy veszélyes helyekre történő futtatása megfizethetetlenül költséges lenne, valamint az olyan alkalmazásokban, amelyek mozgó vagy forgó eszközöket figyelnek, ahol a vezetékes kapcsolatok nem praktikusak.

Környezeti és feldolgozási feltételek

Az a fizikai környezet, amelybe a távadót beépítik, követelményeket támaszt a távadó házára, behatolás elleni védelemre és a veszélyes terület tanúsítására vonatkozóan:

• Behatolás elleni védelem: A távadó házának legalább IP65-ös besorolással kell rendelkeznie (porálló és vízsugár ellen védett) kültéri telepítéshez és mosási környezethez; IP67 (merítés 1 méterig) a víz elárasztási kockázatával járó alkalmazásokhoz; és IP68 (folyamatos merülés) a víz alatti helyre telepített távadók számára. A csatlakozófej és az esetleges kábelbevezetések IP-besorolását ellenőrizni kell, mivel a távadó elektronikája magasabb IP-besorolással rendelkezhet, mint a telepítés során ténylegesen használt bemeneti szerelvények.
• Veszélyes terület tanúsítása: A nemzeti vagy nemzetközi veszélyességi övezetek besorolási szabványai szerint potenciálisan robbanásveszélyesnek minősített területekre telepített adóknak rendelkezniük kell az adott terület besorolására vonatkozó megfelelő tanúsítvánnyal. A hőmérséklet-távadók leggyakoribb veszélyes területvédelmi módszerei a gyújtószikramentes biztonság (Ex ia vagy Ex ib) a 0., 1. és 2. zónában (gázveszély), valamint a láng- és robbanásbiztos burkolatok (Ex d) olyan alkalmazásokhoz, ahol nagyobb teljesítményű távadókra van szükség. Ellenőrizze, hogy a távadó egyedi jóváhagyása kiterjed-e a telepítés helyére érvényes gázcsoportra és hőmérsékleti osztályra.
• Rezgés- és ütésállóság: A technológiai gépek vibrációjának kitett telepítéseknél válasszon olyan távadókat, amelyeket a várható rezgési frekvenciára és amplitúdójára teszteltek és minősítettek. A kompresszor-, szivattyú- és turbina-felügyeleti alkalmazásokhoz használt távadókat az IEC 60068 2 6 vibrációs vizsgálati szabványok szerint kell besorolni, legalább 2g rezgésszinttel a 10-2000 Hz-es frekvenciatartományban, hogy elkerüljék a vibráció által kiváltott alkatrészek kifáradásából eredő idő előtti meghibásodást.

Kulcskiválasztási paraméterek összefoglalása

Hogyan lehet elhárítani a hőmérséklet-távadó hibáját?

Hőmérséklet távadó A hibaelhárítás egy logikai diagnosztikai szekvenciát követ, amely szisztematikusan elkülöníti az érzékelő, a vezetékek vagy a távadó elektronika hibáját, mielőtt következtetéseket vonna le arról, hogy melyik alkatrész igényel figyelmet. A távadó-problémák e szisztematikus struktúra nélküli megközelítése szükségtelen alkatrészcseréket és meghosszabbított folyamatleállást eredményez. A következő sorrend az ipari hőmérséklet-távadó berendezések leggyakoribb hibakategóriáit tartalmazza.

Állandó maximális vagy minimális kimenet (telített jel)

A 20,5 mA-re (vagy a távadó felfelé ívelő hibaáramára) vagy 3,6 mA-re (leskálázási hibaáramra) zárt távadó kimenet azt jelzi, hogy a távadó tartományon kívüli állapotot vagy érzékelőhibát észlelt, és kimenetét egy előre beállított hibamentes értékre állította. Diagnosztizálja a következőképpen:

1. Ellenőrizze az aktív hibakódokat: Csatlakoztasson egy HART kommunikátort vagy a gyártó konfigurációs szoftverét a távadóhoz, és olvassa el az aktív hibadiagnosztikát. A távadó öndiagnosztikai rendszere általában azonosítja, hogy a hiba az érzékelő bemenetének szakadása, rövidzárlat az érzékelő bemenetén, hatótávolságon kívüli érzékelő bemenet vagy belső távadó hardverhiba. Ez a diagnosztikai információ azonnal a megfelelő komponensre irányítja a vizsgálatot anélkül, hogy a mérési hurok minden elemét meg kellene vizsgálni.
2. Mérje meg az érzékelő folytonosságát a távadó kapcsain: Válassza le az érzékelő vezetékeit a távadó bemeneti kapcsairól, és mérje meg az érzékelő ellenállását (RTD esetén) vagy folytonosságát (hőelem esetén) a kapocscsavaroknál egy kalibrált multiméterrel. A Pt100 RTD környezeti hőmérsékleten körülbelül 109-110 ohmot kell, hogy mérjen minden 25 Celsius-foknál az érzékelő 0 fokos referenciaértéke felett; a szakadt áramköri leolvasás törött RTD elemet vagy szakadt érzékelő vezetéket jelez. A hőelemnek környezeti hőmérsékleten nagyon alacsony ellenállást kell produkálnia (általában 1-10 ohm, a hőelem anyagától és hosszától függően); a megszakadt áramkör a hőelem csatlakozásának vagy vezetékének megszakadását jelzi.
3. Csatlakoztassa újra az érzékelőt, és ellenőrizze a leolvasást egy referenciaértékhez képest: Ha az érzékelő helyesen mér a távadó kivezetésein, de a távadó kimenete még mindig telített, ellenőrizze, hogy a távadó konfigurált mérési tartománya megfelel-e az aktuális folyamathőmérsékletnek. A megfelelően működő távadó, amely a beállított tartományon kívül eső hőmérséklet érzékelő jelét kapja, telíti a kimenetét; a mérési tartomány csökkentésével vagy a tartomány újrakonfigurálásával a tényleges folyamathőmérsékletre kell visszaállítani a normál működést.

Zajos vagy instabil kimenet

Ha a kimenet gyorsan ingadozik, mint amit maga a folyamathőmérséklet okozhat, az elektromos zajfelvételt jelez az érzékelő vagy a távadó vezetékében, laza csatlakozást vagy nedvesség behatolási problémát a távadó házában vagy az érzékelő csatlakozófejében. Vizsgálja meg a következőket sorrendben:

• Ellenőrizze az árnyékolás földelését: Győződjön meg arról, hogy az érzékelőkábel árnyékolása csak az egyik végén van földelve (általában a vezérlőterem vagy az elosztószekrény végén), és az árnyékolás terepi vége nincs lezárva. Az árnyékolás mindkét végén földelésével földhurok jön létre, amely a zavaró forrással azonos frekvencián képes zajt injektálni a mérőáramkörbe. A kettős földelt árnyékolások javítása gyakran minden egyéb beavatkozás nélkül megoldja az adó zajproblémáját.
• Ellenőrizze a csatlakozókapcsokat nedvesség és korrózió szempontjából: Nyissa ki a távadó csatlakozófejét, és ellenőrizze az összes kapocscsavart és csatlakozást nedvesség felhalmozódása, korróziós termékek vagy meglazult kapocscsavarok szempontjából. A hőelem hosszabbító vezetékei és a földelt fémszerkezet közötti nedvesség szivárgási áramokat hoz létre, amelyek zajként jelennek meg a mérés során. Szárítsa meg a csatlakozófejet száraz sűrített levegővel, kezelje a korrodált kapcsokat érintkezőtisztítóval, és húzza meg az összes kapocscsavart a megadott nyomatékkal, mielőtt a fejet új kábelbevezető tömítéssel szerelné fel.
• Különítse el az érzékelőkábeleket a tápkábelektől: Győződjön meg arról, hogy az érzékelő kábele a tápkábelektől, a frekvenciaváltó kábeleitől és más nagy zajforrásoktól elkülönítve van elvezetve az érzékelőtől a távadóig vagy a vezérlőhelyiségig terjedő távon. Az érzékelő és a tápkábelek párhuzamos vezetése induktív és kapacitív csatolást hoz létre, amely zajt fecskendez a mérési jelbe; a tápkábelektől legalább 300 mm-es távolság fenntartása, vagy az érzékelőkábelek külön fémcsőbe történő elhelyezése kiküszöböli ezt a csatolási utat.

Olvasási eltolás: Konzisztens mérési hiba

Az a hőmérséklet-távadó, amely állandóan a tényleges folyamathőmérséklet felett vagy alatt a mérési tartományon belüli rögzített eltolással ad le értéket, amelyet egy kalibrált referenciahőmérővel való összehasonlítás is megerősít ugyanabban a folyamatban, vagy a távadó kalibrálásának eltolódását, a távadó helytelen konfigurációját vagy szisztematikus hibaforrást, például vezetékellenállást jelez egy kompenzálatlan kétvezetékes RTD-csatlakozásban. A kalibrálási ellenőrzés elvégzése előtt ellenőrizze a távadó konfigurációs paramétereit (érzékelő típusa, csatlakozási típusa, tartomány és nulla) az eredeti üzembe helyezési dokumentációval, mivel a karbantartás során fellépő konfigurációs hibák gyakori és könnyen javítható okai a szisztematikus leolvasási eltolásoknak. Ha a konfiguráció helyesnek bizonyult, végezzen kétpontos kalibrálási ellenőrzést precíziós hőmérséklet-forrás és hitelesített referencia-távadó vagy kalibrátor segítségével, hogy jellemezze az eltolás nagyságát és hőmérséklet-függését, és alkalmazzon kalibrálási korrekciót, vagy cserélje ki a távadót, ha az eltolás meghaladja az alkalmazás pontossági követelményét.

Hőmérséklet-távadók karbantartása ipari alkalmazásokhoz

Egy fegyelmezett hőmérséklet távadó A karbantartási program megőrzi a mérési pontosságot, megakadályozza a váratlan mérési hibákat, amelyek megzavarják a folyamatirányítást, és maximalizálja a műszerbefektetés hasznos élettartamát. Az ipari hőmérséklet-távadók karbantartási programja magában foglalja az időszakos kalibrálási ellenőrzést, a fizikai ellenőrzést, a diagnosztikai adatok áttekintését a prediktív karbantartás érdekében, valamint az érzékelőelemek tervezett cseréjét, amelyeknél a használat során felgyorsult öregedés tapasztalható.

Kalibrálási ellenőrzési ütemterv

A hőmérséklet-távadók kalibrálási ellenőrzési intervallumát az alkalmazás pontossági követelményei, a távadó meghatározott hosszú távú stabilitása, valamint az észleletlen mérési hiba folyamatszabályozási minőségre és biztonságra gyakorolt következményei alapján kell meghatározni. Az ipari hőmérséklet-távadók tipikus kalibrálási ellenőrzési időközei 6 hónapig terjednek a biztonság szempontjából kritikus méréseknél, ahol a plusz-mínusz 0,5 Celsius-fok feletti eltolódást azonnal észlelni kell, és 2-5 évig a nem kritikus felügyeleti méréseknél, ahol a távadó hosszú távú stabilitási specifikációja (általában plusz-mínusz 0,1 és 0,25 százalék között van a gyártótól).

A kalibrálás hitelesítését a nemzeti mérési szabványok szerint visszavezethető, kalibrált hőmérséklet-forrással (szárazblokk-kalibrátor vagy hőmérsékletfürdő) kell elvégezni, összehasonlító etalonként az ellenőrzött távadónál nagyobb pontosságú kalibrált referenciahőmérővel. Rögzítse a megtalált és balra mért értékeket a konfigurált tartományon belül legalább két hőmérsékleti ponton (jellemzően a tartomány 25 százalékánál és 75 százalékánál), hogy jellemezze mind a nulla eltolást, mind a tartomány hibáját. Dokumentálja az összes kalibrálási eredményt a műszer kalibrációs rekordjában, és trendezze az eredményeket az egymást követő kalibrációkhoz képest, hogy azonosítsa a fokozatos eltolódást, amely az érzékelő állapotának romlását jelezheti, mielőtt az mérési probléma lenne.

Fizikai ellenőrzés és megelőző karbantartás

A hőmérséklet-távadók fizikai ellenőrzési programjának tartalmaznia kell a következő ellenőrzéseket minden tervezett karbantartási látogatás alkalmával:

• A ház integritása: Vizsgálja meg a távadó házát, hogy nincs-e benne fizikai sérülés, korrózió vagy a védőbevonatok elhasználódása. Ellenőrizze, hogy minden kábelbevezetés az eredeti névleges tömszelencével van-e lezárva, és hogy a távadó fedelén lévő tömítések sértetlenek és teljesen érintkeznek-e. Cserélje ki az elhasználódott tömítéseket, hogy megőrizze a ház behatolás elleni védelmét.
• Terminál csatlakozások: Ellenőrizze az összes kapocscsatlakozást tömítettség, korrózió és nedvesség jelenlétére a csatlakozófejben. Húzza meg a sorkapcsok csavarjait a megadott nyomatékkal; A kapocscsatlakozások korróziója egy progresszív hiba, amely idővel növekvő mérési hibát és esetleges szakadási áramköri hibát okoz, ha nem kezelik.
• Thermowell állapota (ha van): Vizsgálja meg a védőcső külső korrózióját, az áramlás okozta vibráció okozta mechanikai sérüléseket (kopásként vagy repedésként látható a folyamatcsatlakozásnál) és a belső tisztaságot. A korrózió miatt jelentősen elvékonyodott falú védőcső a megmaradó fal meghibásodása esetén a technológiai folyadék kibocsátásának veszélyét okozza, és cserét igényel, mielőtt a védőcső mérésvédelmi funkciója sérülne.
• Érzékelő elem állapota: A szabaddá tett RTD- és hőelemelemek esetében ellenőrizze a védőburkolatot mechanikai sérülések, korróziós lyukak és az érzékelő üregében lévő technológiai folyadék szennyeződésének jelei szempontjából. Hasonlítsa össze az áramérzékelő ellenállását (RTD-hez) vagy szigetelési ellenállását (hőelem-köpenyhez) az üzembe helyezéskor rögzített alapértékekkel; a hőelem burkolatában lévő leromlott szigetelési ellenállás (üzemi hőmérsékleten 1 megohm alatt) nedvesség bejutását vagy a burkolat károsodását jelzi, ami mérési hibákat okoz, és az érzékelő cseréjét igényli.

Diagnosztikai adatok használata prediktív karbantartáshoz

A HART-képes és digitális terepibusz-hőmérséklet-távadók folyamatosan generálnak diagnosztikai adatokat, amelyek felhasználhatók a kialakuló problémák azonosítására, mielőtt azok mérési hibákat okoznának. A modern integrált hőmérséklet-távadók figyelik és jelentik a paramétereket, beleértve a hideg csomópont hőmérsékletét, az érzékelő ellenállását (RTD bemeneteknél), a hurok tápfeszültségét, a távadó belső elektronikus hőmérsékletét és az utolsó nullázás óta eltelt összes üzemórát. Ha ezeket a diagnosztikai paramétereket egy eszközkezelő rendszeren keresztül, normál működés közben tekinti át, ahelyett, hogy megvárná, amíg a távadó figyelmeztetést jelez, lehetővé teszi a prediktív karbantartási megközelítéseket, amelyek az érzékelők cseréjét a tényleges állapotjelzők, nem pedig a rögzített naptári időközök alapján ütemezik.

Az RTD érzékelő ellenállásának a folyamathőmérsékletre várt értéke feletti fokozatos növekedése, amely a diagnosztikai adatokban megfigyelhető az egymást követő leolvasások során, az érzékelőelem szennyeződésének vagy mechanikai sérülésének korai jelzése, amely végül jelentős mérési hibát vagy szakadási áramköri hibát okoz. Az érzékelők cseréjének ütemezése a következő tervezett karbantartási időszakra, amikor ezt a tendenciát először észleli, ahelyett, hogy a teljes mérési hibára várna, elkerülhető a gyártás közbeni nem tervezett érzékelőcserével kapcsolatos folyamatzavar. A hőmérséklet-távadó karbantartásának ez a prediktív megközelítése a modern ipari hőmérséklet-távadókba épített digitális diagnosztikai képesség egyik legköltséghatékonyabb alkalmazása.