Întrebați cinci persoane ce înseamnă „PT100” și de obicei veți primi „un fel de senzor de temperatură” ca răspuns complet. Este în regulă dacă doar discutați -, dar dacă sunteți cel care scrie specificațiile de achiziție, lacunele din răspunsul respectiv sunt exact acolo unde apar problemele mai târziu: un senzor care citește bine pe bancă, dar se deplasează după ce este sudat într-un godeu termic sau unul care este corect din punct de vedere tehnic, dar conectat în mod greșit pentru transmițătorul pe care îl alimentează.
Acest articol acoperă mecanica modului în care un PT100 măsoară de fapt temperatura, diferențele practice dintre tipurile de senzori dintre care veți alege și - deoarece teoria vă duce până acum - într-o situație reală în care greșirea unuia dintre aceste detalii a cauzat o problemă măsurabilă pe o linie de producție.
Ce este de fapt un PT100
Un PT100 este un detector de temperatură cu rezistență (RTD) - un element din platină a cărui rezistență electrică se modifică într-un mod cunoscut și repetabil odată cu schimbările de temperatură. „100” din nume este valoarea rezistenței la 0 grade: exact 100 ohmi. Încălzește-l, rezistența urcă; se răcește, rezistența scade.
Platina nu este singurul metal care face acest - RTD-uri de nichel și cupru există și -, dar platina a câștigat pentru uz industrial deoarece nu se oxidează ușor, își menține calibrarea de-a lungul anilor de cicluri termice și curba de rezistență este suficient de bine-definită încât a fost standardizată la nivel internațional. Acest standard este IEC 60751 și este documentul la care fiecare fișă de date a producătorilor de renume face referire în liniște, chiar și atunci când nu o spun direct.
Din punct de vedere fizic, elementul se află în interiorul unei învelișuri metalice - de obicei din inoxidabil 316, uneori Inconel sau Hastelloy pentru medii neplăcute -, cu firele conducătoare către un transmițător sau cardul de intrare analogic al unui controler. Senzorul în sine nu are afișaj și nicio logică; doar schimbă rezistența. Orice altceva se întâmplă în aval.
Fizica din spatele lecturii
De ce se schimbă rezistența cu temperatura
Pe măsură ce platina se încălzește, vibrația atomică crește, ceea ce face ca electronii să se deplaseze mai greu prin rețeaua - rezistența crește. Această relație nu este liniară în întregul interval, dar este suficient de apropiată și suficient de bine-caracterizată, încât să fie capturată într-o ecuație, mai degrabă decât într-un tabel de căutare: ecuația Callendar-Van Dusen.
Pentru temperaturi peste 0 grade, forma simplificată este:
Rt=R0 [1 + La + Bt²]
R0 este 100 ohmi pentru un PT100, iar A și B sunt constante fixe din IEC 60751. Sub 0 grade se adaugă un al treilea termen deoarece curba se îndoaie ușor diferit acolo. Nu trebuie să memorați acest -, dar merită să știți că există, deoarece acesta este motivul pentru care un „PT100” de la un producător și un „PT100” de la altul vor fi de fapt de acord unul cu celălalt la o anumită temperatură, în loc ca fiecare să aibă propria curbă privată.
Un număr care merită reținut: la 100 de grade, un PT100 standard citește aproximativ 138,5 ohmi. Dacă depanați un senzor cu un multimetru și nu se află nici pe departe la ceea ce ar trebui să fie 100 de grade , ceva nu este în regulă - fie elementul, cablarea, fie presupunerea dvs. cu privire la temperatura la care se află de fapt.
Există, de asemenea, o împărțire despre care ar trebui să știți înainte de a comanda: „curba europeană” (alfa=0.00385) este standardul peste tot în afara Americii de Nord, în timp ce o „curbă americană” mai veche (0,00392) încă apare pe unele echipamente vechi. Amestecarea celor două într-o modernizare este o sursă clasică de citire a temperaturii care este oprită cu câteva grade fără un motiv evident.
Transformarea rezistenței într-un număr pe care îl puteți citi
Un transmițător trece un curent mic prin element, măsoară tensiunea peste el, calculează rezistența și aplică curba pentru a scuipa o temperatură. Asta este. Acesta este și motivul pentru care un PT100 este practic inutil fără un transmițător sau un card de intrare compatibil RTD-în spatele lui - senzorul este doar jumătate din lanțul de măsurare.
Detaliul de cablare care cauzează de fapt probleme de câmp
Aici multe decizii de cumpărare merg prost și rareori pentru că cineva a fost neglijent -, pur și simplu nu este evident decât dacă ți-a spus cineva.
2 fireeste cel mai ieftin, dar rezistența firului de plumb în sine este adăugată direct în citire. Pe un cablu de 30-metri, eroarea nu mai este banală. Amenda pentru tiraje scurte sau monitorizare non-critică; nu e în regulă pentru nimic de care ai vrea să controlezi.
3 fireeste implicit pentru majoritatea lucrărilor industriale. Un al treilea fir permite transmițătorului să estimeze și să anuleze rezistența conductorului, presupunând că cei trei conductori sunt potriviți în lungime și calibre. Echilibrul bun între cost și precizie, motiv pentru care este ceea ce veți găsi pe majoritatea transmițătoarelor de proces vândute astăzi.
4 fireelimină aproape în întregime eroarea de rezistență a cablurilor prin separarea firelor de curent-transportatoare și de tensiune-. Acesta este ceea ce doriți pentru standardele de referință de calibrare sau oriunde contează de fapt fracțiile de grad -, dar este exagerat și costuri suplimentare pentru o mulțime de puncte de monitorizare generale.
Greșeala pe care o văd cel mai adesea este că nu alegeți tipul de cablare greșit în mod izolat - este comandarea unui senzor cu 3 fire pentru un transmițător care a fost configurat pentru intrare cu 2 fire sau invers. Senzorul și instrumentul trebuie să fie de acord, iar acest detaliu este ușor de ratat atunci când achizițiile și instrumentele sunt două persoane diferite care lucrează pe două documente diferite.
Sârmă-rană vs.-Elemente de peliculă subțire
Sârmă-înfăşuratăelementele - sârmă de platină încolăcită în jurul unui miez de ceramică sau sticlă - tind să mențină calibrarea extrem de bine pe o durată lungă de viață și pe perioade mari de temperatură. Sunt mai scumpe și ceva mai fragile mecanic.
Film-subțireelementele sunt realizate prin depunerea platinei pe un substrat ceramic, similar în spirit cu modul în care este construit un microcip. Sunt mai mici, mai ieftin de produs la volum și rezistă mai bine la vibrații -, motiv pentru care au preluat în mare măsură utilizarea industrială generală și OEM. Compartimentul-este un interval de temperatură nominală mai restrâns în comparație cu versiunile premium cu fir-înfăşurat, deși pentru majoritatea lucrărilor de proces, plafonul nu este niciodată abordat.
Dacă aplicația dvs. este ușoară - gândiți-vă la conductele HVAC, monitorizarea generală a rezervorului - pelicula subțire-este aproape întotdeauna alegerea economică și rațională. Economisiți firul-înfășurat pentru aplicații cu-temperatură înaltă sau cu-durată lungă-durată de viață în care stabilitatea suplimentară îi aduce înapoi costul.
PT100 vs. termocuplu vs. PT1000
Cumpărători noiinstrumentare de temperaturăîntrebați adesea pe care dintre aceste trei ar trebui să precizeze de fapt.
Împotriva unuitermocuplu, un PT100 câștigă precizia și stabilitatea pe termen lung-în intervalul de jos-și-mediu (aproximativ -200 de grade până la 850 de grade ) și nu necesită compensare a joncțiunii la rece. Un termocuplu câștigă acolo unde temperaturile sunt mai mari decât poate suporta platina sau unde aveți nevoie de un răspuns mai rapid și puteți trăi cu o precizie mai mică.
Împotriva unuiPT1000, principiul de funcționare este identic - aceeași platină, aceeași fizică - doar 1.000 ohmi la 0 grade în loc de 100. Acea rezistență de bază mai mare face eroarea firului de plumb-proporțional mai mică, astfel încât un PT1000 poate scăpa adesea cu 2-cablajul PT10 fără precizie. Acest lucru face ca PT1000 să fie o alegere comună în automatizarea clădirilor, unde cablurile sunt lungi, dar nu urmăriți precizia de laborator.
Un caz real: când „destul de aproape” nu a fost
O operațiune de-procesare a alimentelor care rulează o linie de pasteurizare a primit citiri inconsecvente ale temperaturii lotului de săptămâni - nimic dramatic, doar câteva grade de derive care a apărut intermitent și nu s-a corelat cu nimic evident în procesul în sine. Întreținerea a schimbat deja senzorul o dată, a presupus că a rezolvat problema și a continuat. A revenit o lună mai târziu.
Cauza reală s-a dovedit a fi cablarea, nu senzorul: PT100 inițial cu 3-fire a fost înlocuit cu o unitate de la un alt furnizor al cărui calibre al firului de plumb era ușor diferit de rulajul inițial, ceea ce a eliminat compensarea de rezistență-plumbului pe care o calcula transmițătorul. Pe hârtie, ambii senzori au îndeplinit specificațiile. În practică, nepotrivirea a fost suficient de mare pentru a împinge citirea în afara toleranței care a contat pentru timpul de păstrare a pasteurizării - un parametru de siguranță alimentară, nu unul cosmetic.
Remedierea nu a fost un senzor mai bun. A fost standardizarea ecartamentului și lungimea firului de plumb pe tot stocul de schimb pentru acea linie și adăugarea unei verificări rapide a rezistenței la temperatura ambiantă ca pas de inspecție de recepție-înainte de intrarea în funcțiune a oricărui senzor nou. Lecția generalizează: un PT100 este la fel de precis ca întregul lanț de măsurare din jurul lui, iar „același număr de piesă” nu înseamnă întotdeauna „același fir real”.
Ce să verificați de fapt înainte de a comanda
Pentru majoritatea cumpărătorilor, decizia se reduce la cinci întrebări, aproximativ în această ordine de importanță:
- Care este intervalul de temperatură a procesului și cât de strânsă trebuie să fie toleranța?Aceasta decide că clasa de precizie - Clasa B (±0,30 grade la 0 grade) acoperă cea mai generală monitorizare; Clasa A sau 1/3 DIN merită prima pentru bucle de control sau procese reglementate.
- La ce cablare se așteaptă transmițătorul sau cardul dvs. PLC?Confirmați acest lucru înainte de a comanda, nu după -, aceasta este cea mai frecventă cauză a problemelor de câmp evitabile.
- Care este materialul învelișului și diametrul sondei potrivite pentru mediul și presiunea procesului dvs.?Aplicațiile corozive sau de înaltă-presiune necesită de obicei și o sondă termică, atât pentru protecție și astfel încât senzorul poate fi schimbat fără oprire.
- Aveți nevoie de un transmițător-montat pe cap?Convertirea la un semnal de 4-20mA chiar la senzor îmbunătățește imunitatea la zgomot pe cabluri lungi și merită costul suplimentar în medii zgomotoase din punct de vedere electric.
- Care este planul dvs. de calibrare și înlocuire?Senzorii se deplasează de-a lungul anilor de cicluri termice. Procesele critice sunt de obicei verificate anual; punctele de monitorizare cu mize mici-pot dura mai mult.
Note de instalare care merită cunoscute
Adâncimea de inserare contează mai mult decât se așteaptă majoritatea oamenilor - trebuie ca vârful de detectare să ajungă în debitul sau mediu real, nu doar să pătrundă prin peretele conductei, sau ajungeți să măsurați stratul limită în loc de proces. Sondele termice merită costul suplimentar oriunde este un factor presiunea, coroziunea sau nevoia de înlocuire la cald-. Și dacă depanați o citire care pare dezamăgită, verificați rezistența la o temperatură de referință cunoscută (apa cu gheață este o referință ieftină și fiabilă de 0 grade) înainte de a presupune că emițătorul sau procesul în sine este problema.
Concluzie
Fizica din spatele unui PT100 este simplă și nu s-a schimbat în decenii - rezistența platinei crește în mod previzibil odată cu temperatura și această relație este standardizată, astfel încât instrumentele de la diferiți producători să fie de acord între ele. Unde cumpărătorii greșesc de fapt nu este selecția senzorului în sine; sunt detaliile din jurul acestuia - configurația cablajului, consistența firului de plumb, materialul de înveliș pentru condițiile reale ale procesului. Obțineți-le chiar în stadiul de specificații, iar partea cu senzor este cea mai ușoară.
Dacă achiziționați senzori PT100 pentru o anumită linie sau o anumită piesă de echipament, trimiterea furnizorului dvs. a intervalului de temperatură, a clasei de precizie necesare, a tipului de cablare și a mediului de instalare în față - și nu doar un număr de piesă - este de obicei ceea ce separă un senzor care funcționează de unul care este schimbat de două ori înainte ca cineva să găsească problema reală.
Întrebări frecvente
Este PT100 același lucru cu un RTD?
Nu - PT100 este un tip specific de RTD, fabricat din platină cu rezistență de 100 ohmi la 0 grade . RTD este categoria mai largă, care include și senzori PT500, PT1000 și nichel- sau cupru-.
Cât de precis este un senzor PT100, într-adevăr?
Clasa B are o precizie de aproximativ ±0,30 grade la 0 grade. Clasa A o strânge la aproximativ ±0,15 grade. Senzorii de înaltă-precizie 1/10 DIN ating ±0,03 grade , care este în mare parte o specificație standard de laborator sau de calibrare-, mai degrabă decât ceva de care are nevoie monitorizarea procesului general.
Poate un PT100 să suporte temperaturi sub-zero?
Da, unitățile standard sunt evaluate până la aproximativ -200 de grade , ceea ce acoperă majoritatea aplicațiilor criogenice și a lanțului de rece fără a necesita ceva specializat.
De ce unii senzori PT100 au trei sau patru fire în loc de două?
Firele suplimentare permit instrumentului să scadă rezistența firului de plumb în sine, care altfel ar fi numărat ca parte a semnalului de temperatură -, o eroare care crește odată cu lungimea cablului.
Referințe
- Comisia Electrotehnică Internațională.IEC 60751 - Termometre industriale cu rezistență din platină și senzori de temperatură cu platină.
- Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST).Scala de temperatură ITS-90 și date de referință pentru termometrie cu rezistență la platină.
- Omega Engineering.Ghid de referință RTD (Resistance Temperature Detector).
- Fluke Corporation.Calibrare: Filosofie în practică - Termometrie de rezistență.
