לדוגמה, ב-0℃ זה בערך 100Ω, וב-100℃ זה בערך 138.5Ω.
אז כשעורכים שיפוט באתר לגבי הטמפרטורה של Pt100, זה למעשה למדוד תחילה את ערך ההתנגדות הנוכחי שלו, ולאחר מכן להמיר אותו לטמפרטורה המקבילה במעלות צלזיוס בהתבסס על הקשר בין התנגדות לטמפרטורה.
כאשר המשדר מודד Pt100, הוא נותן לחיישן זרם מדידה קטן ויציב יחסית, ולאחר מכן מודד את המתח בשני הקצוות שלו. על ידי שימוש במתח ובזרם, ערך ההתנגדות מחושב.
R = U / I
לאחר קבלת ערך ההתנגדות, המשדר ממיר אותו לטמפרטורה בפועל לפי הסולם הסטנדרטי של Pt100.
ניתן להבין תהליך זה כ: טמפרטורה ← התנגדות ← ערך טמפרטורה ← אות סטנדרטי.
III. חיווט סדרת Pt100
ערך ההתנגדות של Pt100 אינו גבוה, ולכן ההתנגדות של החוטים המחברים תשפיע על תוצאת המדידה.
לדוגמה, אם Pt100 כרגע הוא 110Ω, אך לשני החוטים יש התנגדות כוללת של 2Ω, כאשר נמדד במערכת הדו-חוטית, המכשיר יראה 112Ω, וה-2Ω הנוספים הללו יחושב גם כהתנגדות של Pt100, והטמפרטורה הסופית המוצגת תהיה גבוהה יותר.
לכן, היתרון של המערכת הדו-חוטית הוא שהחיווט פשוט, אך גם החיסרון ברור. התנגדות הכבל בשטח תובא לתוצאת המדידה.
מערכת התלת חוטים מפצה על ההתנגדות של החוטים המחברים דרך מעגל המדידה ונמצאת בשימוש נרחב בתחומי תעשייה.
מערכת ארבעת החוטים מפרידה בין קו זרם המדידה לקו זיהוי המתח, מה שיכול להפחית עוד יותר את השגיאה הנגרמת מההתנגדות של חוטי החיבור ומתאימה לאירועים עם דרישות דיוק גבוהות יותר.
כאשר אתה נתקל בטמפרטורת Pt100 שהיא בעקביות גבוהה או נמוכה בשטח, אל תניח מיד שהגשושית שבורה. שיטת החיווט, התנגדות הכבלים, האם מסוף החיבור רופף והאם יש חמצון, כל אלה צריכים להיבדק ביחד.
IV. מדידת טמפרטורת צמד תרמי
שיטת המדידה של צמדים תרמיים שונה מ-Pt100.
צמדים תרמיים ו-Pt100 אינם מבוססים על אותו עיקרון. הם מורכבים משני מוליכים מתכתיים שונים. לדוגמה, הצמד התרמי הנפוץ בשטח מסוג K הוא בדרך כלל ניקל-כרום - ניקל-סיליקון.
שתי המתכות הללו מרותכות זו לזו בקצה הקדמי כדי ליצור את קצה המדידה. כל עוד יש הפרש טמפרטורה בין קצה המדידה לקצה הייחוס, ייווצר פוטנציאל תרמו-אלקטרי.
מתח זה קטן מאוד, בדרך כלל ברמת המיליוולט.
לאחר שינויי הטמפרטורה, ישתנה גם הפוטנציאל התרמו-אלקטרי.
ניתן להבין את תהליך המרת האותות כך: הפרש הטמפרטורה הופך תחילה לאות מילי-וולט קטן מאוד, ולאחר מכן המכשיר ממיר אות מילי-וולט זה לטמפרטורה.
לאחר חיבור משדר הטמפרטורה לצמד התרמי, המשימה העיקרית היא למדוד את אות מילי-וולט על ידו, ולאחר מכן לחשב את הטמפרטורה לפי המאפיינים המתאימים למספרי סולם שונים כגון K-type, J-type, S-type ו-T-type.
החומרים המשמשים לצמדים תרמיים מסוג K, מסוג J, מסוג S ו-T שונים, והיחס המתאים בין טמפרטורה לפוטנציאל תרמואלקטרי שונה אף הוא. לכן, הפרמטרים של המשדר צריכים להיות עקביים עם סוג הצמד התרמי בשטח.
ו. פיצוי צומת קור
הצמד התרמי משקף את הפרש הטמפרטורה בין קצה המדידה לקצה הייחוס.
נניח שקצה המדידה ממוקם בתנור 500℃, והקצה השני מחובר למשדר הטמפרטורה. בשלב זה, הפוטנציאל התרמו-אלקטרי שנוצר על ידי הצמד התרמי אינו קשור רק לטמפרטורה בכבשן, אלא גם לטמפרטורה ליד מסוף החיבור של המשדר.
אם הטמפרטורה הסביבתית במסוף החיבור משתנה, הפוטנציאל התרמו-אלקטרי המתאים ישתנה גם עבור אותה טמפרטורת התנור.
לכן, משדר הטמפרטורה של סוג הכניסה של צמד תרמי יזהה את הטמפרטורה ליד מסוף החיבור ויחשב השפעה זו, שהיא פיצוי צומת קר.
אם טמפרטורת הצמד התרמי משתנה באופן אקראי, נסחפת לאט או אינה תואמת את המצב בפועל באתר, בדרך כלל, בדקו האם הקטבים החיובי והשלילי מחוברים הפוך, האם נעשה שימוש נכון בחוט הפיצוי, האם הטמפרטורה ליד מסוף החיבור משתנה באופן משמעותי, ולאחר מכן בדוק אם יש בעיה בפיצוי צומת קר.
VI. למה צריך לשדר
ה-Pt100 משדר שינויי התנגדות, בעוד שהצמד התרמי משדר אותות מילי-וולט. שני האותות הללו מתאימים למדידה באתר ואינם מתאימים להישלח רחוק מאוד לחדר הבקרה.
ה-Pt100 רגיש להשפעה של התנגדות הקו.
משרעת האות של הצמד התרמי קטן מאוד. הפרעות אלקטרומגנטיות שנוצרות על ידי מנועים, ממירי תדרים וכבלים בעלי הספק גבוה בשטח יכולה גם היא להשפיע בקלות על יציבות המדידה.
לכן יתווספו משדרי טמפרטורה באתר. ראשית, האותות הגולמיים הללו ייאספו, לאחר מכן יוגברו, יסוננו, יפוצו ויעברו ליניאריות, ולבסוף יאוחדו לאותות סטנדרטיים שקל יותר ל-PLC ול-DCS לקלוט.
צורות פלט נפוצות כוללות 4-20mA, 0-10V, HART, RS485, Modbus וכו'.
ביניהם, 4-20mA נמצא בשימוש נרחב בתחום.
שבע. פלט 4-20mA
לדוגמה, אם למשדר טמפרטורה יש טווח של 0-200℃ והפלט הוא 4-20mA, אז 0℃ מתאים ל-4mA ו-200℃ מתאים ל-20mA. הערכים שביניהם הם בדרך כלל פרופורציונליים לטווח. 0℃ מתאים ל-4mA, 100℃ מתאים ל-12mA ו-200℃ מתאים ל-20mA.
אם הזרם במעגל השדה נמדד ל-16mA, אזי ניתן להמיר את הטמפרטורה בשיטה של "להחסיר 4mA מהזרם בפועל, לחלק ב-16mA, להכפיל בטווח ולהוסיף את הגבול התחתון של הטווח". החלפת טווח 0-200℃: (16-4) ÷ 16 × 200 = 150℃.
לכן, 16mA מתאים ל-150℃.
ל-4mA יש גם פונקציה מעשית כנקודת ההתחלה של הטווח.
בנסיבות רגילות, גם אם הטמפרטורה בפועל נמצאת בדיוק בגבול התחתון של הטווח, עדיין צריך להיות כ-4mA של זרם במעגל; אם הוא יורד לקרוב ל-0mA, זה בדרך כלל לא אות טמפרטורה רגיל, ויש לבדוק בקפידה את ספק הכוח, החיווט, המסופים וכל מעגל הזרם.
4-20mA נמצא בשימוש נרחב בשטח, ואחת הסיבות החשובות היא שקל יחסית לטפל בו לשידור למרחקים ארוכים. תהיה נפילת מתח מסוימת בקו או הפרעה אלקטרומגנטית כלשהי בשטח, ויחסית קל יותר להתמודד איתה בהשוואה לשיטות אחרות.
ח. עיבוד פנימי
לאחר קבלת האות מהחיישן, גם משדר הטמפרטורה עובר מספר שלבי עיבוד.
1. רכישת אותות.
המשדר מחובר ל-Pt100 בחזית, המודד את שינוי ההתנגדות; הוא מחובר לצמד התרמי, שמודד את אות המיליוולט. לכן, הגדרות הפרמטר חייבות להיות עקביות עם סוג החיישן בפועל בשטח.
2. הגברה וסינון.
תפוקת הצמד התרמי היא מספר מילי-וולט עד כמה עשרות מילי-וולט. האות קטן יחסית, כך שבדרך כלל צריך להגביר את הקצה הקדמי של המשדר ולסנן כמה שיותר את הרעש וההפרעות המובאים מהשדה.
3. לינאריזציה.
בין אם זה Pt100 או צמד תרמי, לא ניתן פשוט לחשב את האותות והטמפרטורה המקוריים שלהם מההתחלה ועד הסוף באמצעות פרופורציה פשוטה. לכן, ההמרה הפנימית של המכשיר חייבת להיות בהתאם למאפייני הסולם הסטנדרטיים המתאימים.
4. פיצוי ותיקון.
עבור צמדים תרמיים, בנוסף להמרת קנה מידה, יש לבצע גם פיצוי על צומת קר; כמה משדרי טמפרטורה חכמים יתקנו עוד יותר את סחיפת הטמפרטורה של המעגל הפנימי, נקודת האפס או סטיית החיישן.
לאחר שלבי עיבוד האותות הללו, המשדר ממיר את הטמפרטורה הסופית ל-4-20mA, או שולח אותה ל-PLC, DCS, מדי תצוגה או מערכות רכישה באמצעות שיטות תקשורת דיגיטליות של HART או fieldbus.
ט. מערכת דו חוטית
משדרי טמפרטורה רבים של 4-20mA משתמשים בשיטת חיבור דו-חוטי.
שני החוטים הללו אחראים הן לאספקת החשמל והן לשידור של אות המדידה.
המשדר, ספק הכוח ומודול הקלט האנלוגי של מערכת הבקרה מחוברים בסדרה באותו מעגל זרם. המשדר משיג את הכוח הנדרש לפעולתו מהמעגל וממיר את מידע הטמפרטורה ל-4-20mA על ידי התאמת זרם המעגל.
משדרי הטמפרטורה הדו-חוטי הנפוצים בשטח, כאשר ספק הכוח ואות 4-20mA משתמשים באותו זוג חוטים, גם מספקים חשמל למשדר וגם מחזירים את אות המדידה למערכת הבקרה.
X. סיכום
אם תצוגת הטמפרטורה באתר אינה מדויקת, אין זה אומר בהכרח כי משדר הטמפרטורה פגום.
מעגל מדידת הטמפרטורה הוא: חיישן טמפרטורה → חוט חיבור → בלוק מסוף → משדר טמפרטורה → מעגל 4-20mA → מודול כניסה אנלוגי → PLC או DCS.
לא משנה איזה חלק בשרשרת זו פגום, הטמפרטורה המוצגת בבקר המרכזי עשויה להיות חריגה. לכן, בעת פתרון בעיות, לא צריך להתמקד רק בחיישן או במשדר.
לכן, בעת ביצוע החקירה, גישה יעילה יותר היא לבצע את הבדיקות צעד אחר צעד לאורך כיוון העברת האות.
משדר הטמפרטורה אינו "מודד את הטמפרטורה" באופן ישיר, אלא ממיר ומשדר במדויק את אות הטמפרטורה בין החיישן באתר לבין מערכת הבקרה.
-- קטע מתוך חשבון רשמי של עמית
Yuyao Huangong automation instruments factory
