Pajautājiet pieciem cilvēkiem, ko nozīmē “PT100”, un parasti kā pilnu atbildi saņemsiet “kaut kādu temperatūras sensoru”. Tas ir labi, ja jūs tikai tērzējat -, bet, ja jūs esat tas, kurš rakstāt pirkuma specifikāciju, šīs atbildes nepilnības ir tieši tās vietas, kur problēmas parādās vēlāk: sensors, kas labi nolasa uz stenda, bet dreifē, kad tas ir metināts termolokā, vai sensors, kas ir tehniski pareizs, bet ir nepareizi savienots ar raidītāju, ko tas baro.
Šajā rakstā ir aprakstīta mehānika par to, kā PT100 faktiski mēra temperatūru, praktiskās atšķirības starp sensoru veidiem, starp kuriem izvēlēsities, un -, jo teorija tikai līdz šim - parāda reālu situāciju, kad nepareiza viena no šīm detaļām radīja izmērāmu problēmu ražošanas līnijā.
Kas patiesībā ir PT100
PT100 ir pretestības temperatūras detektors (RTD) - platīna elements, kura elektriskā pretestība mainās zināmā un atkārtojamā veidā, mainoties temperatūrai. "100" nosaukumā ir pretestības vērtība pie 0 grādiem: tieši 100 omi. Uzkarsē, pretestība paaugstinās; atdzesē, pretestība samazinās.
Platīns nav vienīgais metāls, kam šis - niķeļa un vara RTD arī pastāv -, taču platīns ir ieguvis rūpniecisko izmantošanu, jo tas viegli neoksidējas, saglabā kalibrēšanu termiskās cikla gados, un tā pretestības līkne ir pietiekami labi-definēta, lai tas būtu starptautiski standartizēts. Šis standarts ir IEC 60751, un tas ir dokuments, uz kuru klusi atsaucas katra cienījama ražotāja datu lapa, pat ja tas nav tieši teikts.
Fiziski elements atrodas metāla apvalkā -, parasti 316 nerūsējošā tērauda, dažreiz Inconel vai Hastelloy, kas paredzēts nejaukiem datu nesējiem -, kur raidītāja vai kontrollera analogās ievades kartes vada vadi. Sensoram pašam nav displeja un loģikas; tas tikai maina pretestību. Viss pārējais notiek lejup pa straumi.
Fizika aiz lasīšanas
Kāpēc pretestība mainās līdz ar temperatūru
Platīnam uzsilstot, palielinās atomu vibrācijas, kas apgrūtina elektronu pārvietošanos pa režģi, - pretestība palielinās. Šī sakarība nav lineāra visā diapazonā, taču tā ir pietiekami cieša un pietiekami labi-raksturēta, lai tā būtu ietverta vienādojumā, nevis tikai uzmeklēšanas tabulā: Calendar-Van Dusen vienādojumā.
Temperatūrai virs 0 grādiem vienkāršotā forma ir:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 ir 100 omi PT100, un A un B ir fiksētas konstantes no IEC 60751. Zem 0 grādiem tiek pievienots trešais termins, jo līkne tur lejā liecas nedaudz savādāk. Jums nav jāiegaumē šis -, taču ir vērts zināt, ka tas pastāv, jo šī iemesla dēļ viena ražotāja "PT100" un cita ražotāja "PT100" faktiski vienosies savā starpā noteiktā temperatūrā, nevis katram ir sava privātā līkne.
Viens cipars, ko ir vērts atcerēties: pie 100 grādiem standarta PT100 nolasa aptuveni 138,5 omi. Ja veicat sensora problēmu novēršanu, izmantojot multimetru, un tas ne tuvu nav tāds, kam vajadzētu būt 100 grādiem, kaut kas nav kārtībā - vai nu elements, vadi vai jūsu pieņēmums par to, kāda temperatūra tā patiesībā ir.
Ir arī sadalījums, kas jums jāzina pirms pasūtīšanas: "Eiropas līkne" (alpha=0.00385) ir standarts visur ārpus Ziemeļamerikas, savukārt vecāka "Amerikas līkne" (0,00392) joprojām tiek rādīta dažās mantotās iekārtās. Abu sajaukšana ar modernizāciju ir klasisks temperatūras rādījuma avots, kas bez acīmredzama iemesla tiek samazināts par dažiem grādiem.
Pārvēršot pretestību skaitļā, kuru varat lasīt
Raidītājs laiž cauri elementam nelielu strāvu, mēra spriegumu pāri, aprēķina pretestību un piemēro līkni, lai izspiestu temperatūru. Tas arī viss. Tas ir arī iemesls, kāpēc PT100 būtībā ir bezjēdzīgs bez raidītāja vai RTD{3}}ievades kartes aiz tā - sensors ir tikai puse no mērījumu ķēdes.
Elektroinstalācijas detaļas, kas faktiski rada lauka problēmas
Šeit daudzi pirkšanas lēmumi tiek pieņemti nepareizi, un tas reti notiek tāpēc, ka kāds ir bijis neuzmanīgs - tas vienkārši nav acīmredzams, ja vien kāds jums to nav teicis.
2 vaduir lētākais, bet paša svina stieples pretestība tiek pievienota rādījumam. Vairāk nekā 30{3}}metru kabelis šī kļūda vairs nav maznozīmīga. Naudas sods par īsiem skrējieniem vai nekritisku uzraudzību; nav piemērots nekas, ko jūs vēlētos kontrolēt.
3 vaduir noklusējuma vērtība lielākajai daļai rūpniecisko darbu. Trešais vads ļauj raidītājam novērtēt un atcelt svina pretestību, pieņemot, ka trīs vadītāji ir saskaņoti garumā un garumā. Labs izmaksu un precizitātes līdzsvars, tāpēc tas ir tas, ko jūs atradīsiet lielākajā daļā šodien pārdoto procesa raidītāju.
4 vadugandrīz pilnībā novērš vadu pretestības kļūdu, atdalot strāvas{0}}pārvades un sprieguma{1} vadus. Tas ir tas, ko vēlaties kalibrēšanas atsauces standartiem vai jebkurām grāda daļām, kurām faktiski ir nozīme -, taču tas ir pārmērīgs un papildu izmaksas par daudziem vispārīgiem uzraudzības punktiem.
Kļūda, ko es redzu visbiežāk, ir nepareiza vadu veida izvēle atsevišķi - tā ir 3 vadu sensora pasūtīšana raidītājam, kas bija konfigurēts 2 vadu ievadei, vai otrādi. Sensoram un instrumentam ir jāsakrīt, un šo detaļu ir viegli nepamanīt, ja iepirkums un instrumenti ir divi dažādi cilvēki, kas izstrādā divus dažādus dokumentus.
Stieples-brūces pret plānām-plēves elementiem
Vada -brūceelementi - platīna stieple, kas aptīta ap keramikas vai stikla serdi -, ļoti labi notur kalibrēšanu ilgā kalpošanas laikā un lielas temperatūras svārstības. Tie ir dārgāki un mehāniski nedaudz trauslāki.
Plāna{0}}plēveelementi tiek izgatavoti, uz keramikas pamatnes uzklājot platīnu, līdzīgi kā tiek veidota mikroshēma. Tie ir mazāki, lētāk ražoti lielā apjomā, un tie labāk iztur vibrāciju -, tāpēc tie lielākoties ir pārņēmuši vispārējo rūpniecisko un oriģinālo iekārtu ražotāju izmantošanu. Kompromiss-ir šaurāks nominālais temperatūras diapazons, salīdzinot ar augstākās klases stiepļu-tinumu versijām, lai gan lielākajai daļai procesa darbu šie griesti faktiski nekad netiek sasniegti.
Ja jūsu pielietojums ir viegls, -domājiet, ka HVAC cauruļvadi, vispārējā tvertnes uzraudzības - plānā-plēve gandrīz vienmēr ir ekonomiska un saprātīga izvēle. Ietaupiet stieples-brūci augstas-temperatūras vai ilgstošas-kalpošanas-lietotājiem, kur papildu stabilitāte atmaksājas.
PT100 pret termopāri pret PT1000
Pircēji jaunitemperatūras mērinstrumentibieži jautā, kurš no šiem trim viņiem patiesībā būtu jānorāda.
Pret atermopāri, PT100 uzvar ar precizitāti un ilgtermiņa stabilitāti-no zemā-līdz-vidējā diapazonā (aptuveni -200 grādi līdz 850 grādi), un tai nav nepieciešama aukstā savienojuma kompensācija. Termopāri uzvar tur, kur temperatūra ir augstāka, nekā spēj izturēt platīns, vai gadījumos, kad nepieciešama ātrāka reakcija un tas var darboties ar zemāku precizitāti.
Pret aPT1000, darbības princips ir identisks - tas pats platīns, tā pati fizika - tikai 1000 omi pie 0 grādiem, nevis 100. Lielāka bāzes pretestība samazina vadu-kļūdu proporcionāli mazāku, tāpēc PT1000 bieži var iztikt ar 2-vadu vadu sodu bez PT100 precizitātes. Tas padara PT1000 par izplatītu izvēli ēku automatizācijā, kur kabeļi ir gari, bet jūs necenšaties pēc laboratorijas līmeņa precizitātes.
Reāls gadījums: kad "Pietiekami tuvu" nebija
Pārtikas{0}}pārstrādes operācija, kurā darbojas pasterizācijas līnija, nedēļām ilgi - saņēma nekonsekventus partijas temperatūras rādījumus, nekas nebija dramatisks, tikai pāris grādu novirze, kas parādījās periodiski un nesaistīja ar neko acīmredzamu pašā procesā. Tehniskā apkope jau vienu reizi bija nomainījusi sensoru, uzskatīja, ka problēma ir novērsta, un turpināja darbu. Tas atgriezās pēc mēneša.
Izrādījās, ka patiesais iemesls bija vadi, nevis sensors: oriģinālais 3-vadu PT100 tika aizstāts ar cita piegādātāja vienību, kuras svina vadu mērītājs nedaudz atšķīrās no sākotnējās darbības, kas atcēla vadu -pretestības kompensāciju, ko raidītājs aprēķināja. Uz papīra abi sensori atbilda specifikācijām. Praksē neatbilstība bija pietiekami liela, lai novirzītu rādījumu ārpus pielaides, kas bija svarīga pasterizācijas turēšanas laikam - pārtikas nekaitīguma parametram, nevis kosmētikas parametram.
Labojums nebija labāks sensors. Tas standartizēja svina stieples izmēru un garumu visā šīs līnijas rezerves krājumā un pievienoja ātru pretestības pārbaudi apkārtējās vides temperatūrā kā saņemšanas-pārbaudes darbību pirms jauna sensora nodošanas ekspluatācijā. Nodarbība vispārina: PT100 ir tikai tik precīza, cik visa mērījumu ķēde ap to, un "tas pats daļas numurs" ne vienmēr nozīmē "tas pats faktiskais vads".
Kas faktiski jāpārbauda pirms pasūtīšanas
Lielākajai daļai pircēju lēmums ir saistīts ar pieciem jautājumiem, kas ir aptuveni šādā svarīguma secībā:
- Kāds ir procesa temperatūras diapazons un cik stingrai jābūt pielaidei?Tas nosaka, ka precizitātes klase - B klase (±0,30 grādi pie 0 grādiem) aptver lielāko daļu vispārīgās uzraudzības; A klase vai 1/3 DIN ir piemaksas vērta vadības cilpām vai regulētiem procesiem.
- Kādu vadu sagaida jūsu raidītājs vai PLC karte?Apstipriniet to pirms pasūtīšanas, nevis pēc šāda datuma: -, tas ir vienīgais biežākais lauksastāva problēmu cēlonis.
- Kāds ir apvalka materiāls un zondes diametrs, kas ir piemērots jūsu procesa videi un spiedienam?Kodīgam vai augsta spiediena{0}}izmantojumam parasti ir nepieciešams arī aizsargslānis — gan aizsardzībai, gan tāpēc sensoru var nomainīt bez izslēgšanas.
- Vai jums ir nepieciešams uz galvas{0}}montēts raidītājs?Pārveidojot par 4–20 mA signālu tieši pie sensora, tiek uzlabota trokšņu noturība garu kabeļu garumā, un tā ir papildu izmaksu vērta elektriski trokšņainā vidē.
- Kāds ir jūsu kalibrēšanas un nomaiņas plāns?Sensori novirzās gadu termiskās cikla laikā. Kritiskie procesi parasti tiek pārbaudīti katru gadu; zemo-likmju uzraudzības punkti var ilgt ilgāk.
Uzstādīšanas piezīmes, ko vērts zināt
Ievietošanas dziļumam ir lielāka nozīme, nekā vairums cilvēku sagaida - sensora galam jāiekļūst faktiskajā plūsmā vai vidē, nevis vienkārši jāizdur cauri caurules sienai, pretējā gadījumā procesa vietā tiek mērīts robežslānis. Termourbumi ir papildu izmaksu vērti jebkurā vietā, kur ir spiediens, korozija vai nepieciešamība pēc karstās nomaiņas{2}}nomaiņas. Un, ja meklējat kļūdas rādījumu, pārbaudiet pretestību pie zināmas atsauces temperatūras (ledus ūdens ir lēts, uzticams 0 grādu standarts), pirms pieņemat, ka problēma ir raidītājā vai pats process.
Bottom Line
PT100 fizika ir vienkārša un nav mainījusies gadu desmitiem - platīna pretestība paredzami pieaug līdz ar temperatūru, un šī attiecība ir standartizēta, lai dažādu ražotāju instrumenti savstarpēji vienotos. Faktiski pircēji kļūdās, nevis pati sensora izvēle; tā ir informācija par to - vadu konfigurācija, svina stieples konsistence, apvalka materiāls faktiskajiem procesa apstākļiem. Iegūstiet tos tieši specifikācijas stadijā, un sensora daļa ir vienkāršāka.
Ja iegādājaties PT100 sensorus konkrētai līnijai vai aprīkojumam, piegādātājam iepriekš nosūtot temperatūras diapazonu, nepieciešamo precizitātes klasi, vadu veidu un uzstādīšanas vidi -, nevis tikai daļas numuru -, tas parasti atšķir sensoru, kas darbojas no sensora, kas tiek nomainīts divas reizes, pirms kāds atklāj patieso problēmu.
Bieži uzdotie jautājumi
Vai PT100 ir tas pats, kas RTD?
Nē - PT100 nav viens īpašs RTD veids, kas izgatavots no platīna ar 100 omu pretestību pie 0 grādiem. RTD ir plašāka kategorija, kas ietver arī PT500, PT1000 un niķeļa{7}} vai vara{8}sensorus.
Cik precīzs ir PT100 sensors?
B klase ir precīza līdz aptuveni ±0,30 grādiem pie 0 grādiem. A klase to pievelk līdz aptuveni ±0,15 grādiem. Augstas-precizitātes 1/10 DIN sensori sasniedz ±0,03 grādus, kas lielākoties ir laboratorijas vai kalibrēšanas-standarta specifikācija, nevis kaut kas vispārīgs procesa uzraudzībai.
Vai PT100 var izturēt zem-nulles temperatūru?
Jā, standarta vienības ir novērtētas līdz aptuveni -200 grādiem, kas aptver lielāko daļu kriogēno un aukstās ķēdes lietojumu, neprasot nekādu specializāciju.
Kāpēc dažiem PT100 sensoriem ir trīs vai četri vadi, nevis divi?
Papildu vadi ļauj instrumentam atņemt paša svina vada pretestību, kas pretējā gadījumā tiktu skaitīta kā daļa no temperatūras signāla - kļūda, kas pieaug līdz ar kabeļa garumu.
Atsauces
- Starptautiskā elektrotehniskā komisija.IEC 60751 - Rūpnieciskie platīna pretestības termometri un platīna temperatūras sensori.
- Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST).ITS-90 temperatūras skalas un platīna pretestības termometrijas atsauces dati.
- Omega inženierija.RTD (Pretestības temperatūras detektors) uzziņu rokasgrāmata.
- Fluke korporācija.Kalibrēšana: filozofija praksē - Pretestības termometrija.
