Попитайте пет души какво означава "PT100" и обикновено ще получите "някакъв температурен датчик" като пълен отговор. Това е добре, ако просто си чатите -, но ако вие сте този, който пише спецификацията за покупка, пропуските в този отговор са точно там, където проблемите се появяват по-късно: сензор, който отчита добре на масата, но се отклонява, след като е заварен в термогнездо, или такъв, който е технически правилен, но е свързан по грешен начин за предавателя, който захранва.
Тази статия обхваща механиката на това как PT100 действително измерва температурата, практическите разлики между типовете сензори, между които ще избирате, и -, тъй като теорията ви стига само дотук - реална ситуация, при която сгрешването на един от тези детайли е причинило измерим проблем на производствена линия.
Какво всъщност представлява PT100
PT100 е съпротивителен температурен детектор (RTD) - платинен елемент, чието електрическо съпротивление се променя по познат, повтарящ се начин при промени в температурата. "100" в името е стойността на съпротивлението при 0 градуса: точно 100 ома. Загрейте го, съпротивлението се изкачва; охладете го, съпротивлението пада.
Платината не е единственият метал, който прави това -съществуват и никелови и медни RTD -, но платината спечели за промишлена употреба, защото не се окислява лесно, поддържа калибрирането си в продължение на години на топлинен цикъл и кривата й на съпротивление е достатъчно добре-дефинирана, че е стандартизирана в международен план. Този стандарт е IEC 60751 и това е документът, на който всеки уважаван производител тихо се позовава, дори когато не го казва директно.
Физически елементът се намира в метална обвивка - обикновено 316 неръждаема стомана, понякога Inconel или Hastelloy за неприятни медии - с водещи проводници, минаващи към предавател или аналогова входна карта на контролера. Самият сензор няма дисплей и логика; просто променя съпротивлението. Всичко останало се случва надолу по течението.
Физиката зад четенето
Защо съпротивлението се променя с температурата
Тъй като платината се нагрява, атомните вибрации се увеличават, което затруднява движението на електроните през решетката - съпротивлението нараства. Тази връзка не е линейна в целия диапазон, но е достатъчно близка и достатъчно добре-охарактеризирана, за да бъде уловена в уравнение, а не само в справочна таблица: уравнението на Callendar-Van Dusen.
За температури над 0 градуса опростената форма е:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 е 100 ома за PT100, а A и B са фиксирани константи от IEC 60751. Под 0 градуса се добавя трети член, защото кривата се огъва малко по-различно там. Не е нужно да запаметявате това -, но си струва да знаете, че съществува, защото това е причината "PT100" от един производител и "PT100" от друг действително да се съгласуват един с друг при дадена температура, вместо всеки да има своя собствена лична крива.
Едно число, което си струва да запомните: при 100 градуса стандартен PT100 отчита грубо 138,5 ома. Ако отстранявате проблем със сензор с мултицет и той не е близо до това при това, което трябва да бъде 100 градуса, нещо не е наред - или елементът, окабеляването или предположението ви за това на каква температура е в действителност.
Има и разделение, за което трябва да знаете, преди да поръчате: „европейската крива“ (алфа=0.00385) е стандартът навсякъде извън Северна Америка, докато по-стара „американска крива“ (0,00392) все още се показва на някои наследени устройства. Смесването на двете при преоборудване е класически източник на отчитане на температурата, което е отклонено с няколко градуса без очевидна причина.
Превръщане на съпротивлението в число, което можете да разчетете
Трансмитер пропуска малък ток през елемента, измерва напрежението в него, изчислява съпротивлението и прилага кривата, за да изплюе температура. Това е. Това е и причината PT100 да е безполезен без трансмитер или RTD-съвместима входна карта зад него - сензорът е само половината от измервателната верига.
Детайлите на окабеляването, които всъщност причиняват проблеми на място
Това е мястото, където много решения за покупка се объркват и това рядко се случва, защото някой е бил небрежен - просто не е очевидно, освен ако някой не ви е казал.
2-жилене най-евтиният, но съпротивлението на самия проводник се добавя направо към показанията. Над 30 - метра кабел тази грешка вече не е тривиална. Добре за кратки периоди или некритичен мониторинг; не е добре за нещо, което искате да контролирате.
3-жилене по подразбиране за повечето индустриални дейности. Трети проводник позволява на предавателя да оцени и отмени съпротивлението на проводника, като се приеме, че трите проводника са съвпадащи по дължина и габарит. Добър баланс между цена и точност, ето защо това е, което ще намерите в повечето предаватели за процеси, продавани днес.
4-жиленпремахва грешката на съпротивлението на проводника почти изцяло чрез разделяне на токопроводящите-проводници и на напрежение-чувствителните проводници. Това е, което искате за референтни стандарти за калибриране или където и да е, където фракции от градус действително имат значение -, но е излишно и е допълнителна цена за много общи точки за наблюдение.
Грешката, която виждам най-често, не е изборът на грешен тип окабеляване в изолация -, а поръчването на 3-жилен сензор за предавател, който е конфигуриран за 2-жилен вход, или обратното. Сензорът и инструментът трябва да се съгласуват и този детайл е лесно да се пропусне, когато снабдяването и инструментите са двама различни хора, работещи по два различни документа.
Тел-навити срещу тънкослойни-елементи
Тел{0}}навителементи - платинена жица, навита около керамична или стъклена сърцевина - са склонни да поддържат калибриране изключително добре при дълъг експлоатационен живот и големи температурни колебания. Те са по-скъпи и малко по-крехки механично.
Тънко{0}}фолиоелементите се правят чрез нанасяне на платина върху керамичен субстрат, подобно на това как се изгражда микрочип. Те са по-малки, по-евтини за обемно производство и издържат по-добре на вибрации -, поради което до голяма степен са поели общото промишлено и OEM използване. Компромисът-е по-тесният номинален температурен диапазон в сравнение с версиите с първокласна тел-намотка, въпреки че за повечето работни процеси този таван всъщност никога не се достига.
Ако вашето приложение е слабо - помислете за HVAC канали, общ - тънък-филм за наблюдение на резервоарите е почти винаги икономичният и разумен избор. Спестете тел-навит за приложения с висока-температура или дълъг-експлоатационен-живот, където допълнителната стабилност си възвръща цената.
PT100 срещу термодвойка срещу PT1000
Нови купувачитемпературни уредичесто питат кое от тези три всъщност трябва да посочат.
Срещу атермодвойка, PT100 печели с точност и дългосрочна-стабилност в ниския-до-среден диапазон (приблизително -200 градуса до 850 градуса ) и не изисква компенсация за студено съединение. Термодвойка печели там, където температурите са по-високи, отколкото платината може да понесе, или където се нуждаете от по-бърза реакция и можете да живеете с по-ниска точност.
Срещу аPT1000, принципът на работа е идентичен - същата платина, същата физика - само 1000 ома при 0 градуса вместо 100. Това по-високо основно съпротивление прави грешката на оловния-проводник пропорционално по-малка, така че PT1000 често може да се размине с 2-проводниково окабеляване без наказанието за точност, което би понесъл PT100. Това прави PT1000 често срещан избор в сградната автоматизация, където кабелите са дълги, но не преследвате прецизност от лабораторен клас.
Истински случай: Когато „Достатъчно близо“ не беше
Операция за-преработка на храни, изпълняваща линия за пастьоризация, получаваше непоследователни показания за температурата на партидата в продължение на седмици - нищо драматично, само няколко градуса отклонение, което се появяваше периодично и не корелираше с нищо очевидно в самия процес. Поддръжката вече беше сменила сензора веднъж, предположи, че е отстранил проблема и продължи. Върна се месец по-късно.
Действителната причина се оказа окабеляването, а не сензорът: оригиналният 3-проводник PT100 беше заменен с модул от различен доставчик, чийто габарит на проводника беше малко по-различен от първоначалния цикъл, което отхвърли компенсацията на-съпротивлението на проводника, която предавателят изчисляваше. На хартия и двата сензора отговарят на спецификациите. На практика несъответствието беше достатъчно голямо, за да измести показанието извън толеранса, който имаше значение за времето на задържане на пастьоризация - параметър за безопасност на храните, а не козметичен.
Корекцията не беше по-добър сензор. Той стандартизира габарита и дължината на оловния проводник за всички резервни запаси за тази линия и добавяше бърза проверка на съпротивлението при температура на околната среда като стъпка за-инспекция при получаване, преди всеки нов сензор да влезе в експлоатация. Урокът обобщава: PT100 е толкова точен, колкото е точен цялата измервателна верига около него и „един и същ номер на част“ не винаги означава „същият действителен проводник“.
Какво всъщност трябва да проверите, преди да поръчате
За повечето купувачи решението се свежда до пет въпроса, приблизително в този ред на важност:
- Какъв е диапазонът на температурата на процеса и колко строг трябва да бъде толерансът?Това определя класа на точност - Клас B (±0,30 градуса при 0 градуса) обхваща най-общия мониторинг; Клас A или 1/3 DIN си струва премията за контролни вериги или регулирани процеси.
- Какво окабеляване очаква вашият предавател или PLC карта?Потвърдете това преди да поръчате, а не след -, това е единствената най-честа причина за проблеми с полето, които могат да бъдат избегнати.
- Какъв е материалът на обвивката и диаметърът на сондата, подходящи за вашата технологична среда и налягане?Корозивните приложения или приложенията под високо{0}}налягане обикновено изискват и термогнездо, както за защита, така и за да може сензорът да бъде сменен без изключване.
- Имате ли нужда от-монтиран на главата предавател?Преобразуването в сигнал 4-20 mA точно при сензора подобрява устойчивостта на шум при дълги кабели и си струва допълнителните разходи в електрически шумни среди.
- Какъв е вашият план за калибриране и подмяна?Сензорите се променят през годините на топлинен цикъл. Критичните процеси обикновено се проверяват ежегодно; точките за наблюдение на ниски-залози могат да продължат повече.
Бележки за инсталиране, които си струва да знаете
Дълбочината на вмъкване е по-важна, отколкото повечето хора очакват - сензорният накрайник трябва да достигне до действителния поток или среда, а не просто да пробие стената на тръбата, или в крайна сметка ще измервате граничния слой вместо процеса. Термичните гнезда си заслужават допълнителните разходи навсякъде, където налягането, корозията или необходимостта от-замяна с гореща смяна са фактор. И ако отстранявате неизправност при показание, което изглежда неправилно, проверете съпротивлението при известна референтна температура (ледената вода е евтина, надеждна референтна стойност от 0 градуса), преди да приемете, че проблемът е предавателят или самият процес.
Долен ред
Физиката зад PT100 е проста и не се е променяла от десетилетия - съпротивлението на платината се покачва предвидимо с температурата и тази връзка е стандартизирана, така че инструментите от различни производители да се съгласуват помежду си. Там, където купувачите всъщност грешат, не е самият избор на сензор; това са детайлите около него - конфигурация на окабеляването, консистенция на оловния проводник, материал на обвивката за действителните условия на процеса. Вземете ги точно на етапа на спецификациите и сензорната част е лесната част.
Ако набавяте сензори PT100 за конкретна линия или част от оборудването, изпращането на вашия доставчик предварително на температурния диапазон, необходимия клас на точност, типа окабеляване и средата на инсталиране -, а не само номер на част - обикновено е това, което отличава сензор, който работи, от такъв, който се сменя два пъти, преди някой да открие истинския проблем.
Често задавани въпроси
PT100 същото нещо като RTD ли е?
Не - PT100 е специфичен тип RTD, изработен от платина със съпротивление от 100 ома при 0 градуса. RTD е по-широката категория, която включва също сензори PT500, PT1000 и базирани на никел- или мед-.
Колко точен е наистина сензорът PT100?
Клас B е с точност до около ±0,30 градуса при 0 градуса. Клас А затяга това до приблизително ±0,15 градуса. Сензорите с висока-прецизност 1/10 DIN достигат ±0,03 градуса, което е най-вече стандартна спецификация за-лаборатория или калибриране, а не нещо, от което се нуждае общ мониторинг на процеса.
Може ли PT100 да издържи минусови-температури?
Да, стандартните единици са оценени до около -200 градуса, което покрива повечето криогенни приложения и приложения със студена верига, без да е необходимо нещо специализирано.
Защо някои сензори PT100 имат три или четири проводника вместо два?
Допълнителните проводници позволяват на инструмента да извади съпротивлението на самия водещ проводник, което иначе би било отчетено като част от температурния сигнал - грешка, която нараства с дължината на кабела.
Референции
- Международна електротехническа комисия.IEC 60751 - Промишлени платинени съпротивителни термометри и платинени температурни сензори.
- Национален институт за стандарти и технологии (NIST).Температурна скала ITS-90 и референтни данни за платинена термометрия на съпротивление.
- Омега Инженеринг.Справочно ръководство за RTD (детектор на температура на съпротивление).
- Корпорация Fluke.Калибриране: Философия на практика - Съпротивителна термометрия.
