Vprašajte pet ljudi, kaj pomeni "PT100" in običajno boste kot popoln odgovor dobili "nekakšen temperaturni senzor". To je v redu, če samo klepetate -, toda če ste tisti, ki pišete specifikacijo nakupa, so vrzeli v tem odgovoru točno tam, kjer se težave pokažejo pozneje: senzor, ki dobro bere na mizi, vendar se premakne, ko je privarjen v zaščitni vložek, ali senzor, ki je tehnično pravilen, vendar je ožičen v napačno smer za oddajnik, ki ga napaja.
Ta članek pokriva mehaniko, kako PT100 dejansko meri temperaturo, praktične razlike med vrstami senzorjev, med katerimi boste izbirali, in -, ker vas teorija pripelje samo tako daleč - resnično situacijo, ko je ena od teh podrobnosti napačna povzročila merljivo težavo na proizvodni liniji.
Kaj pravzaprav je PT100
PT100 je uporovni temperaturni detektor (RTD) - element iz platine, katerega električna upornost se spreminja na znan in ponovljiv način s temperaturnimi spremembami. "100" v imenu je vrednost upora pri 0 stopinjah: točno 100 ohmov. Segreje se, odpornost se vzpenja; ohladi, odpornost pade.
Platina ni edina kovina, ki omogoča to - obstajajo tudi nikljevi in bakreni RTD-ji -, vendar je platina zmagala za industrijsko uporabo, ker ne oksidira zlahka, ohranja svojo kalibracijo v letih toplotnega cikla in je njena krivulja upora dobro-definirana, da je mednarodno standardizirana. Ta standard je IEC 60751 in to je dokument, na katerega se podatkovni list vsakega uglednega proizvajalca tiho sklicuje, tudi če tega ne pove naravnost.
Fizično je element v kovinskem ovoju - običajno iz nerjavečega jekla 316, včasih iz inconela ali hastelloyja za neprijetne medije - z vodilnimi žicami, ki tečejo do oddajnika ali analogne vhodne kartice krmilnika. Sam senzor nima zaslona in logike; samo spremeni upor. Vse ostalo se dogaja navzdol.
Fizika za branjem
Zakaj se upor spreminja s temperaturo
Ko se platina segreje, se povečajo atomske vibracije, zaradi česar se elektroni težje gibljejo skozi rešetko - odpornost se poveča. To razmerje ni linearno v celotnem razponu, vendar je dovolj blizu in dovolj dobro-okarakterizirano, da je zajeto v enačbi in ne zgolj v iskalni tabeli: enačba Callendar-Van Dusen.
Za temperature nad 0 stopinj je poenostavljena oblika:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 je 100 ohmov za PT100, A in B pa sta stalni konstanti iz IEC 60751. Pod 0 stopinj se doda tretji člen, ker se krivulja tam nekoliko drugače upogne. Ni vam treba zapomniti tega -, vendar je vredno vedeti, da obstaja, ker je to razlog, zakaj se bosta "PT100" enega proizvajalca in "PT100" drugega dejansko ujemala med seboj pri dani temperaturi, namesto da bi imela vsak svojo lastno krivuljo.
Številka, ki si jo je vredno zapomniti: pri 100 stopinjah standardni PT100 odčita približno 138,5 ohmov. Če odpravljate težave s senzorjem z multimetrom in ni niti blizu tistemu, kar bi moralo biti 100 stopinj, je nekaj narobe - element, ožičenje ali vaša domneva o tem, pri kateri temperaturi je dejansko.
Preden naročite, morate vedeti tudi o delitvi: »evropska krivulja« (alfa=0.00385) je standard povsod zunaj Severne Amerike, medtem ko je starejša »ameriška krivulja« (0,00392) še vedno prikazana na nekateri starejši opremi. Mešanje obeh pri naknadni vgradnji je klasičen vir odčitka temperature, ki se zniža za nekaj stopinj brez očitnega razloga.
Spreminjanje upora v številko, ki jo lahko preberete
Oddajnik spusti majhen tok skozi element, izmeri napetost na njem, izračuna upor in uporabi krivuljo, da izpljune temperaturo. To je to. To je tudi razlog, zakaj je PT100 v bistvu neuporaben brez oddajnika ali RTD-vhodne kartice za njim - senzor je le polovica merilne verige.
Podrobnosti ožičenja, ki dejansko povzročajo težave na terenu
Tu gre veliko odločitev o nakupu narobe in le redko zato, ker je bil kdo nepreviden - preprosto ni očitno, razen če vam kdo pove.
2-žilnije najcenejša, vendar se upor same vodilne žice doda naravnost v odčitek. Nad 30-metrskim kablom ta napaka ni več trivialna. Dobro za kratke serije ali nekritično spremljanje; ni v redu za vse, kar bi želeli nadzorovati.
3-žilnije privzeta za večino industrijskih del. Tretja žica omogoča, da oddajnik oceni in izniči upornost svinca, ob predpostavki, da se trije vodniki ujemajo po dolžini in premeru. Dobro razmerje med ceno in natančnostjo, zato je tisto, kar boste našli na večini procesnih oddajnikov, ki se danes prodajajo.
4-žilniskoraj v celoti odstrani napako upora svinca z ločevanjem tokovnih-žic in žic za-zaznavanje napetosti. To je tisto, kar želite za referenčne standarde za umerjanje ali kjer koli, kjer so delčki stopinje dejansko pomembni -, vendar je to pretirano in dodatni strošek za veliko splošnih točk spremljanja.
Napaka, ki jo najpogosteje opazim, ni izbira napačne vrste ožičenja v izolaciji -, temveč naročilo 3-žilnega senzorja za oddajnik, ki je bil konfiguriran za 2-žilni vhod, ali obratno. Senzor in instrument se morata ujemati in to podrobnost je zlahka spregledati, ko sta nabava in instrumentacija dve različni osebi, ki pripravljata dva različna dokumenta.
Žična-rana v primerjavi s tanko{2}}slojnimi elementi
Žična-navitaelementi - platinasta žica, navita okoli keramičnega ali steklenega jedra -, ponavadi izjemno dobro vzdržuje kalibracijo v dolgi življenjski dobi in velikih temperaturnih nihanjih. So dražji in mehansko nekoliko bolj krhki.
Tanek{0}}filmElementi so narejeni z nanosom platine na keramično podlago, kar je po duhu podobno izdelavi mikročipa. So manjši, cenejši za množično proizvodnjo in bolje vzdržijo tresljaje -, zato so v veliki meri prevzeli splošno industrijsko in OEM uporabo. Kompromis-je ožji nazivni temperaturni razpon v primerjavi z vrhunskimi različicami-navitih žic, čeprav se pri večini procesnih del ta zgornja meja dejansko nikoli ne približa.
Če je vaša uporaba blaga - mislite, da so kanali HVAC, splošni - tanek-film za spremljanje rezervoarjev skoraj vedno ekonomična in razumna izbira. Prihranite-navito žico za aplikacije pri visokih-temperaturah ali dolgo-uporabo-življenjske dobe, kjer se dodatna stabilnost povrne.
PT100 v primerjavi s termočlenom v primerjavi s PT1000
Novi kupcitemperaturni instrumentipogosto sprašujejo, katerega od teh treh naj dejansko navedejo.
Proti atermočlenPT100 zmaga z natančnostjo in dolgoročno-stabilnostjo v nizkem-do-srednjem območju (približno -200 stopinj do 850 stopinj) in ne zahteva kompenzacije hladnega spoja. Termočlen zmaga tam, kjer so temperature višje, kot jih prenese platina, ali kjer potrebujete hitrejši odziv in lahko živite z nižjo natančnostjo.
Proti aPT1000, načelo delovanja je enako - ista platina, enaka fizika - samo 1000 ohmov pri 0 stopinjah namesto 100. Zaradi višjega osnovnega upora je napaka svinčene-žice sorazmerno manjša, zato se lahko PT1000 pogosto izogne 2-žični napeljavi brez zmanjšanja natančnosti, ki bi ga imel PT100. Zaradi tega je PT1000 običajna izbira pri avtomatizaciji zgradb, kjer so kabli dolgi, vendar ne lovimo laboratorijske natančnosti.
Resnični primer: Ko "dovolj blizu" ni bilo
Postopek-predelave hrane, ki je izvajal linijo za pasterizacijo, je več tednov dobival nedosledne odčitke temperature serije - nič dramatičnega, le nekaj stopinj odmika, ki se je pojavljal občasno in ni bil v korelaciji z ničemer očitnim v samem procesu. Vzdrževanje je že enkrat zamenjalo senzor, domnevalo, da je odpravilo težavo, in nadaljevalo. Vrnilo se je čez mesec dni.
Izkazalo se je, da je dejanski vzrok ožičenje, ne senzor: prvotni 3-žični PT100 je bil zamenjan z enoto drugega dobavitelja, katere premer vodilne žice je bil nekoliko drugačen od prvotne serije, zaradi česar je bila kompenzacija-upornosti svinca, ki jo je izračunaval oddajnik, spremenjena. Na papirju sta oba senzorja ustrezala specifikacijam. V praksi je bilo neujemanje ravno dovolj veliko, da je odčitek premaknilo izven tolerance, ki je bila pomembna za čas zadrževanja pasterizacije - parameter varnosti hrane, ne kozmetični.
Popravek ni bil boljši senzor. Standardiziral je premer in dolžino vodilnih žic za vse nadomestne zaloge za to linijo in dodal hitro preverjanje odpornosti pri sobni temperaturi kot korak-inšpekcijskega pregleda pred začetkom uporabe katerega koli novega senzorja. Lekcija posplošuje: PT100 je natančen toliko, kolikor je natančen celotna merilna veriga okoli njega, in "ista številka dela" ne pomeni vedno "iste dejanske žice."
Kaj pravzaprav preveriti, preden naročite
Za večino kupcev se odločitev zmanjša na pet vprašanj, približno v tem vrstnem redu pomembnosti:
- Kakšno je temperaturno območje postopka in kako velika mora biti toleranca?To določa razred točnosti - Razred B (±0,30 stopinje pri 0 stopinjah) pokriva najbolj splošno spremljanje; Razred A ali 1/3 DIN je vreden premije za krmilne zanke ali regulirane procese.
- Kakšno ožičenje pričakuje vaš oddajnik ali kartica PLC?To potrdite pred naročilom, ne po -, to je najpogostejši vzrok težav s poljem, ki se jim je mogoče izogniti.
- Kakšen je material ovoja in premer sonde, ki ustreza vašemu procesnemu mediju in tlaku?Korozivne ali visoko{0}}tlačne aplikacije običajno zahtevajo tudi zaščitni vložek, tako za zaščito kot za zamenjavo senzorja brez izklopa.
- Potrebujete naglavni oddajnik-?Pretvorba v signal 4-20 mA neposredno na senzorju izboljša odpornost na hrup pri dolgih kablih in je vredna dodatnih stroškov v okoljih z električnim hrupom.
- Kakšen je vaš načrt za umerjanje in zamenjavo?Senzorji se skozi leta toplotnega cikla spreminjajo. Kritični procesi se običajno preverjajo letno; točke spremljanja nizkih{1}}vložkov lahko trajajo dlje.
Opombe o namestitvi, ki jih je vredno poznati
Globina vstavljanja je pomembnejša od pričakovanj večine ljudi - senzorska konica mora doseči dejanski tok ali medij, ne le prebiti se skozi steno cevi, sicer boste na koncu merili mejno plast namesto procesa. Zaščitni vložki so vredni dodatnega stroška povsod, kjer je dejavnik pritisk, korozija ali potreba po-menjave z vročo zamenjavo. In če odpravljate težave z odčitkom, ki se zdi izklopljen, preverite upor pri znani referenčni temperaturi (ledena voda je poceni, zanesljiva referenca 0 stopinj), preden domnevate, da je težava v oddajniku ali v samem procesu.
Bottom Line
Fizika za PT100 je preprosta in se ni spremenila že desetletja - odpornost platine predvidljivo narašča s temperaturo in to razmerje je standardizirano, tako da se instrumenti različnih proizvajalcev med seboj ujemajo. Kjer se kupci dejansko zmotijo, ni sama izbira senzorja; to so podrobnosti okoli njega - konfiguracija ožičenja, konsistenca vodilne žice, material plašča za dejanske pogoje postopka. Dobite jih takoj na stopnji specifikacij in senzorski del je preprost del.
Če nabavljate senzorje PT100 za določeno linijo ali kos opreme, pošljite svojemu dobavitelju temperaturno območje, zahtevani razred točnosti, vrsto ožičenja in okolje namestitve vnaprej - namesto samo številke dela - je običajno tisto, kar loči senzor, ki deluje, od tistega, ki ga dvakrat zamenjate, preden nekdo odkrije pravo težavo.
Pogosto zastavljena vprašanja
Je PT100 isto kot RTD?
Ne - PT100 je posebna vrsta RTD, izdelana iz platine z uporom 100 ohmov pri 0 stopinjah. RTD je širša kategorija, ki vključuje tudi senzorje PT500, PT1000 in niklja- ali-bakra.
Kako natančen je v resnici senzor PT100?
Razred B je natančen do približno ±0,30 stopinje pri 0 stopinjah. Razred A to zategne na približno ±0,15 stopinje. Visoko{5}}natančni senzorji 1/10 DIN dosegajo ±0,03 stopinje, kar je večinoma laboratorijska ali umeritvena-standardna specifikacija in ne nekaj, kar potrebuje splošno spremljanje procesa.
Ali lahko PT100 prenese temperature pod-ničlo?
Da, standardne enote so ocenjene na približno -200 stopinj, kar pokriva večino aplikacij v kriogenih in hladnih verigah, ne da bi potrebovali kaj posebnega.
Zakaj imajo nekateri senzorji PT100 tri ali štiri žice namesto dveh?
Dodatne žice omogočajo instrumentu, da odšteje upor same vodilne žice, ki bi se sicer štel kot del temperaturnega signala - napaka, ki narašča z dolžino kabla.
Reference
- Mednarodna komisija za elektrotehniko.IEC 60751 - Industrijski platinasti uporovni termometri in platinasti temperaturni senzorji.
- Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST).Temperaturna lestvica ITS-90 in referenčni podatki za platinasto uporovno termometrijo.
- Omega inženiring.Referenčni vodnik RTD (uporovni temperaturni detektor).
- Družba Fluke.Umerjanje: filozofija v praksi - uporovna termometrija.
