Например, при 0 ℃ оно составляет примерно 100 Ом, а при 100 ℃ — примерно 138,5 Ом.
Таким образом, при принятии решения о температуре Pt100 на месте необходимо сначала измерить текущее значение его сопротивления, а затем преобразовать его в соответствующую температуру в градусах Цельсия на основе соотношения между сопротивлением и температурой.
Когда преобразователь измеряет Pt100, он подает на датчик относительно небольшой и стабильный измерительный ток, а затем измеряет напряжение на обоих его концах. Используя напряжение и ток, рассчитывается значение сопротивления.
Р = У / Я
После получения значения сопротивления преобразователь преобразует его в фактическую температуру по стандартной шкале Pt100.
Этот процесс можно понимать как: Температура → Сопротивление → Значение температуры → Стандартный сигнал.
III. Проводка серии Pt100
Значение сопротивления Pt100 невелико, поэтому сопротивление соединительных проводов будет влиять на результат измерения.
Например, если Pt100 в настоящее время имеет сопротивление 110 Ом, но общее сопротивление двух проводов составляет 2 Ом, при измерении в двухпроводной системе прибор увидит 112 Ом, и эти дополнительные 2 Ом также будут рассчитаны как сопротивление Pt100, и конечная отображаемая температура будет выше.
Поэтому преимущество двухпроводной системы в простоте подключения, но и недостаток очевиден. Сопротивление кабеля в полевых условиях будет учитываться в результате измерения.
Трехпроводная система компенсирует сопротивление соединительных проводов через схему измерения и широко используется в промышленных сферах.
Четырехпроводная система разделяет линию измерения тока и линию определения напряжения, что может еще больше уменьшить погрешность, вызванную сопротивлением соединительных проводов, и подходит для случаев, когда предъявляются более высокие требования к точности.
Обнаружив в полевых условиях постоянно высокую или низкую температуру Pt100, не думайте сразу, что датчик сломан. Способ подключения, сопротивление кабеля, ослаблена ли соединительная клемма и нет ли окисления — все это необходимо проверить вместе.
IV. Измерение температуры термопарой
Метод измерения термопар отличается от Pt100.
Термопары и Pt100 основаны на разных принципах. Они состоят из двух разных металлических проводников. Например, обычно используемая в полевых условиях термопара К-типа обычно представляет собой никель-хром-никель-кремний.
Эти два металла сварены вместе на переднем конце, образуя измерительный конец. Пока существует разница температур между измерительным и эталонным концом, будет генерироваться термоэлектрический потенциал.
Это напряжение очень мало, обычно на уровне милливольт.
После изменения температуры изменится и термоэлектрический потенциал.
Процесс преобразования сигнала можно понимать следующим образом: разница температур сначала становится очень небольшим сигналом в милливольтах, а затем прибор преобразует этот сигнал в милливольтах в температуру.
После подключения датчика температуры к термопаре основной задачей является измерение выходного сигнала в милливольтах, а затем расчет температуры в соответствии с характеристиками, соответствующими различным номерам шкалы, таким как тип K, тип J, тип S и тип T.
Материалы, используемые для термопар типа K, J, S и T, различны, и соответствующая связь между температурой и термоэлектрическим потенциалом также различна. Поэтому параметры преобразователя должны соответствовать типу термопары, используемой в полевых условиях.
V. Компенсация холодного спая
Термопара отражает разницу температур между измерительным и эталонным концом.
Предположим, что измерительный конец помещен в печь с температурой 500 ℃, а другой конец подключен к датчику температуры. В это время термоэлектрический потенциал, создаваемый термопарой, связан не только с температурой в печи, но и с температурой вблизи клеммы подключения преобразователя.
Если температура окружающей среды на клемме подключения изменится, соответствующий термоэлектрический потенциал также изменится при той же температуре печи.
Таким образом, датчик температуры с входом термопары определит температуру вблизи соединительной клеммы и рассчитает это влияние, которое является компенсацией холодного спая.
Если температура термопары колеблется случайным образом, медленно дрейфует или не соответствует фактической ситуации на месте, как правило, проверьте, подключены ли положительный и отрицательный полюсы наоборот, правильно ли используется компенсационный провод, значительно ли меняется температура возле соединительной клеммы, а затем проверьте, нет ли проблем с компенсацией холодного спая.
VI. Зачем нужно передавать
Pt100 передает изменения сопротивления, а термопара передает сигналы в милливольтах. Оба эти сигнала подходят для измерения на месте и не подходят для отправки очень далеко в диспетчерскую.
Pt100 чувствителен к влиянию сопротивления линии.
Амплитуда сигнала термопары очень мала. Электромагнитные помехи, создаваемые двигателями, преобразователями частоты и мощными кабелями в полевых условиях, также могут легко повлиять на стабильность измерений.
Поэтому на объекте будут добавлены датчики температуры. Сначала эти необработанные сигналы будут собраны, затем усилены, отфильтрованы, компенсированы и линеаризованы и, наконец, объединены в стандартные сигналы, которые легче принимать ПЛК и РСУ.
Общие формы вывода включают 4–20 мА, 0–10 В, HART, RS485, Modbus и т. д.
Среди них широко используется в полевых условиях 4–20 мА.
Семь. Выход 4–20 мА
Например, если датчик температуры имеет диапазон 0–200 ℃ и выходной сигнал 4–20 мА, то 0 ℃ соответствует 4 мА, а 200 ℃ соответствует 20 мА. Значения между ними обычно пропорциональны диапазону. 0 ℃ соответствует 4 мА, 100 ℃ соответствует 12 мА, а 200 ℃ соответствует 20 мА.
Если измеренный ток в цепи возбуждения составляет 16 мА, то температуру можно преобразовать с помощью метода «вычесть 4 мА из фактического тока, разделить на 16 мА, умножить на диапазон и прибавить нижний предел диапазона». Замена диапазона 0-200℃: (16-4) ÷ 16 × 200 = 150℃.
Следовательно, 16 мА соответствует 150 ℃.
4 мА также имеет практическую функцию в качестве отправной точки диапазона.
В нормальных условиях, даже если фактическая температура находится точно на нижнем пределе диапазона, в цепи все равно должен присутствовать ток около 4 мА; если он падает почти до 0 мА, это обычно не является нормальным температурным сигналом, и необходимо тщательно проверить источник питания, проводку, клеммы и всю токовую цепь.
Сигнал 4–20 мА широко используется в полевых условиях, и одной из важных причин является то, что его относительно легко использовать для передачи на большие расстояния. Будет определенное падение напряжения на линии или некоторые электромагнитные помехи в поле, и с этим относительно легче справиться по сравнению с другими методами.
VIII. Внутренняя обработка
После получения сигнала от датчика датчик температуры также проходит несколько этапов обработки.
1. Прием сигнала.
Преобразователь подключен к Pt100 спереди, который измеряет изменение сопротивления; он подключен к термопаре, которая измеряет милливольтовый сигнал. Поэтому настройки параметров должны соответствовать фактическому типу датчика, используемому в полевых условиях.
2. Усиление и фильтрация.
Выходное напряжение термопары составляет от нескольких милливольт до нескольких десятков милливольт. Сигнал относительно мал, поэтому входной каскад передатчика обычно необходимо усиливать, а шум и помехи, приносимые полем, следует максимально фильтровать.
3. Линеаризация.
Будь то Pt100 или термопара, их исходные сигналы и температуру невозможно просто вычислить от начала до конца с помощью простой пропорции. Следовательно, внутреннее преобразование прибора должно соответствовать характеристикам стандартной шкалы.
4. Компенсация и коррекция.
Для термопар помимо преобразования шкалы необходимо также выполнить компенсацию холодного спая; некоторые интеллектуальные датчики температуры дополнительно корректируют температурный дрейф внутренней цепи, нулевую точку или отклонение датчика.
После этих этапов обработки сигнала преобразователь преобразует итоговую температуру в сигнал 4–20 мА или отправляет его в ПЛК, РСУ, измерительные приборы или системы сбора данных через методы цифровой связи HART или полевой шины.
IX. Двухпроводная система
Многие датчики температуры 4–20 мА используют двухпроводной метод подключения.
Эти два провода отвечают как за питание, так и за передачу измерительного сигнала.
Передатчик, источник питания и модуль аналогового ввода системы управления включены последовательно в одну токовую цепь. Передатчик получает мощность, необходимую для его работы, от цепи и преобразует информацию о температуре в сигнал 4–20 мА, регулируя ток в цепи.
Обычные двухпроводные датчики температуры в полевых условиях, где источник питания и сигнал 4–20 мА используют одну и ту же пару проводов, подают питание на датчик и возвращают сигнал измерения в систему управления.
X. Резюме
Если показания температуры на месте неточны, это не обязательно означает, что датчик температуры неисправен.
Схема измерения температуры: датчик температуры → соединительный провод → клеммная колодка → преобразователь температуры → цепь 4–20 мА → модуль аналогового ввода → ПЛК или РСУ.
Независимо от того, какая часть этой цепи неисправна, температура, отображаемая на центральном пульте управления, может быть ненормальной. Поэтому при поиске неисправностей не следует ориентироваться только на датчик или преобразователь.
Поэтому при проведении расследования более эффективным подходом является поэтапное проведение проверок по направлению передачи сигнала.
Датчик температуры не «измеряет температуру» напрямую, а достаточно точно преобразует и передает сигнал температуры между датчиком на объекте и системой управления.
-- Выдержка из официального аккаунта коллеги.
Yuyao Huangong automation instruments factory