Pitajte pet ljudi što znači "PT100" i obično ćete dobiti "neku vrstu temperaturnog senzora" kao puni odgovor. To je u redu ako samo čavrljate -, ali ako ste vi taj koji pišete kupovnu specifikaciju, praznine u tom odgovoru su točno ono gdje se problemi pojavljuju kasnije: senzor koji dobro očitava na stolu, ali se pomjera nakon što je zavaren u termouložak, ili onaj koji je tehnički ispravan, ali je krivo spojen za odašiljač koji napaja.
Ovaj članak pokriva mehaniku načina na koji PT100 zapravo mjeri temperaturu, praktične razlike između tipova senzora između kojih ćete birati i - jer vas teorija dovodi samo do sada - stvarnu situaciju u kojoj je pogrešna jedna od ovih pojedinosti uzrokovala mjerljiv problem na proizvodnoj liniji.
Što je zapravo PT100
PT100 je otporni temperaturni detektor (RTD) - element od platine čiji se električni otpor mijenja na poznat, ponovljiv način s promjenama temperature. "100" u nazivu je vrijednost otpora na 0 stupnjeva: točno 100 ohma. Zagrijte ga, otpor raste; ohladite, otpor opada.
Platina nije jedini metal koji to čini - postoje i RTD uređaji od nikla i bakra -, ali platina je pobijedila za industrijsku upotrebu jer ne oksidira lako, održava svoju kalibraciju tijekom godina toplinskog ciklusa, a njezina je krivulja otpora-dovoljno dobro definirana da je standardizirana na međunarodnoj razini. Taj standard je IEC 60751, i to je dokument na koji se svaki renomirani proizvođač u podatkovnoj tablici tiho poziva čak i kad to ne kaže izravno.
Fizički, element se nalazi unutar metalnog omotača - obično od nehrđajućeg čelika 316, ponekad Inconel ili Hastelloy za neugodne medije - sa vodećim žicama koje idu do odašiljača ili analogne ulazne kartice kontrolera. Sam senzor nema displej niti logiku; samo mijenja otpor. Sve ostalo događa se nizvodno.
Fizika iza čitanja
Zašto se otpor mijenja s temperaturom
Kako se platina zagrijava, atomske vibracije se povećavaju, što otežava kretanje elektrona kroz rešetku - otpor raste. Ovaj odnos nije linearan u cijelom rasponu, ali je dovoljno blizak i dovoljno dobro-okarakteriziran da je uhvaćen u jednadžbu, a ne samo u tablicu pretraživanja: Callendar-Van Dusenova jednadžba.
Za temperature iznad 0 stupnjeva, pojednostavljeni oblik je:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 je 100 ohma za PT100, a A i B su fiksne konstante iz IEC 60751. Ispod 0 stupnjeva dodaje se treći izraz jer se tamo krivulja malo drugačije savija. Ne morate pamtiti ovo -, ali vrijedi znati da postoji, jer je to razlog zašto će se "PT100" jednog proizvođača i "PT100" drugog zapravo slagati jedan s drugim na danoj temperaturi, umjesto da svaki ima svoju vlastitu krivulju.
Broj koji vrijedi zapamtiti: na 100 stupnjeva, standardni PT100 očitava otprilike 138,5 ohma. Ako rješavate problem sa senzorom pomoću multimetra, a on nije ni blizu onoga što bi trebalo biti 100 stupnjeva, nešto nije u redu - ili element, ožičenje ili vaša pretpostavka na kojoj se temperaturi zapravo nalazi.
Postoji i podjela koju biste trebali znati prije naručivanja: "Europska krivulja" (alfa=0.00385) standard je posvuda izvan Sjeverne Amerike, dok se starija "američka krivulja" (0,00392) još uvijek pojavljuje na nekoj staroj opremi. Miješanje to dvoje pri naknadnoj ugradnji klasičan je izvor očitanja temperature koja je smanjena za nekoliko stupnjeva bez očitog razloga.
Pretvaranje otpora u broj koji možete pročitati
Odašiljač propušta malu struju kroz element, mjeri napon preko njega, izračunava otpor i primjenjuje krivulju da izbaci temperaturu. To je to. To je također razlog zašto je PT100 u osnovi beskoristan bez odašiljača ili RTD-ulazne kartice iza sebe - senzor je samo pola mjernog lanca.
Detalji ožičenja koji zapravo uzrokuju probleme na terenu
Ovo je mjesto gdje mnoge odluke o kupnji pogriješe, a to se rijetko događa jer je netko bio nemaran - jednostavno nije očito osim ako vam netko nije rekao.
2-žilnije najjeftiniji, ali se otpor same vodeće žice dodaje izravno u očitavanje. Preko 30 - metara kabela ta pogreška više nije trivijalna. Dobar za kratke serije ili nekritično praćenje; nije dobro za bilo što što želiš kontrolirati.
3-žilnije zadana za većinu industrijskih radova. Treća žica omogućuje odašiljaču procjenu i poništavanje otpora vodiča, pod pretpostavkom da su tri vodiča iste duljine i promjera. Dobar omjer cijene i točnosti, zbog čega ćete to naći na većini procesnih transmitera koji se danas prodaju.
4-žilnigotovo u potpunosti uklanja pogrešku otpora vodiča odvajanjem žice za-provodenje struje i žice za{1}}osjećaj napona. To je ono što želite za kalibracijske referentne standarde ili bilo gdje gdje su djelići stupnja zapravo važni -, ali to je pretjerano i dodatni trošak za mnogo općih točaka praćenja.
Pogreška koju najčešće vidim nije odabir pogrešne vrste ožičenja u izolaciji - nego naručivanje 3-žilnog senzora za odašiljač koji je konfiguriran za 2-žilni ulaz, ili obrnuto. Senzor i instrument moraju se slagati, a taj je detalj lako propustiti kada su nabava i instrumenti dvije različite osobe koje rade na dva različita dokumenta.
Žičana-rana naspram tankih-filmskih elemenata
Omotana-žicomelementi - platinasta žica omotana oko keramičke ili staklene jezgre - imaju tendenciju da izuzetno dobro održe kalibraciju tijekom dugog radnog vijeka i velikih oscilacija temperature. Skuplji su i mehanički malo lomljiviji.
Tanki-filmelementi se izrađuju taloženjem platine na keramičku podlogu, slično u duhu načinu na koji se gradi mikročip. Manji su, jeftiniji za masovnu proizvodnju i bolje podnose vibracije - zbog čega su u velikoj mjeri preuzeli opću industrijsku i OEM upotrebu. Kompromis-je uži raspon nazivne temperature u usporedbi s vrhunskim verzijama-namotanim žicom, iako se za većinu procesnih radova ta gornja granica zapravo nikad ne dosegne.
Ako je vaša primjena blaga - mislite da su HVAC kanali, opći - tanki-film za nadzor spremnika gotovo uvijek ekonomičan, razuman izbor. Sačuvajte žicu-namotanu za visoke-temperature ili aplikacije s dugim-uporabnim-životom gdje dodatna stabilnost vraća cijenu.
PT100 naspram termoelementa naspram PT1000
Novi kupcitemperaturna instrumentacijačesto pitaju što bi od ovo troje zapravo trebali navesti.
Protiv atermopar, PT100 pobjeđuje na preciznosti i-dugoročnoj stabilnosti u niskom-do-srednjem rasponu (otprilike -200 stupnjeva do 850 stupnjeva ) i ne zahtijeva kompenzaciju hladnog spoja. Termopar pobjeđuje tamo gdje temperature idu više nego što platina može podnijeti, ili gdje vam je potreban brži odgovor i možete živjeti s manjom preciznošću.
Protiv aPT1000, princip rada je identičan - ista platina, ista fizika - samo 1000 ohma na 0 stupnjeva umjesto 100. Taj veći osnovni otpor čini pogrešku olovne-žice proporcionalno manjom, tako da PT1000 često može proći s 2-žičnim ožičenjem bez kazne za točnost koju bi PT100 podnio. To čini PT1000 čestim izborom u automatizaciji zgrada, gdje su kabeli dugi, ali ne jurite za preciznošću laboratorijske razine.
Pravi slučaj: kada "Dovoljno blizu" nije bilo
Operacija-prerade hrane koja je pokretala liniju za pasterizaciju dobivala je nedosljedna očitanja temperature serije tjednima - ništa dramatično, samo nekoliko stupnjeva pomaka koji su se pojavljivali povremeno i nisu bili u korelaciji ni s čim očitim u samom procesu. Održavanje je već jednom zamijenilo senzor, pretpostavilo se da je riješilo problem i krenulo dalje. Vratilo se mjesec dana kasnije.
Ispostavilo se da je stvarni uzrok ožičenje, a ne senzor: izvorni 3-žični PT100 zamijenjen je jedinicom drugog dobavljača čiji se promjer žice malo razlikovao od izvorne serije, što je poništilo kompenzaciju otpora-provodnika koju je odašiljač izračunavao. Na papiru, oba senzora zadovoljavaju specifikacije. U praksi, neusklađenost je bila dovoljno velika da izbaci očitanje izvan tolerancije koja je bila važna za vrijeme zadržavanja pasterizacije - parametar sigurnosti hrane, a ne kozmetički.
Popravak nije bio bolji senzor. Standardizirao je promjer i duljinu žice za sve zamjenske zalihe za tu liniju i dodao brzu provjeru otpora na sobnoj temperaturi kao korak-inspekcije prije nego što je bilo koji novi senzor pušten u rad. Lekcija generalizira: PT100 je točan onoliko koliko je točan cijeli mjerni lanac oko njega, a "isti broj dijela" ne znači uvijek "istu stvarnu žicu".
Što zapravo trebate provjeriti prije naručivanja
Za većinu kupaca odluka se svodi na pet pitanja, otprilike ovim redoslijedom važnosti:
- Koji je temperaturni raspon procesa i koliko velika tolerancija mora biti?Ovo odlučuje o klasi točnosti - Klasa B (±0,30 stupnjeva na 0 stupnjeva) pokriva najopćenitije praćenje; Klasa A ili 1/3 DIN vrijedi premije za kontrolne petlje ili regulirane procese.
- Kakvo ožičenje očekuje vaš predajnik ili PLC kartica?Potvrdite ovo prije naručivanja, a ne nakon - to je najčešći uzrok problema s poljem koji se mogu izbjeći.
- Koji je materijal plašta i promjer sonde prilagođen vašem mediju i tlaku u procesu?Korozivne ili visoko{0}}tlačne aplikacije obično zahtijevaju i zaštitnu komoru, kako za zaštitu tako i za zamjenu senzora bez isključivanja.
- Trebate li odašiljač-na glavi?Pretvaranje u signal od 4-20 mA točno na senzoru poboljšava otpornost na buku na dugim kabelima i isplati se dodatnog troška u okruženjima s električnim šumom.
- Kakav je vaš plan kalibracije i zamjene?Senzori se mijenjaju tijekom godina toplinskog ciklusa. Kritični procesi obično se provjeravaju jednom godišnje; točke praćenja niskih-uloga mogu trajati duže.
Napomene za instalaciju koje vrijedi znati
Dubina umetanja važnija je nego što većina ljudi očekuje - senzorski vrh treba doseći stvarni protok ili medij, a ne samo probijati se kroz stijenku cijevi ili ćete na kraju mjeriti granični sloj umjesto procesa. Termoulošci su vrijedni dodatnog troška gdje god je pritisak, korozija ili potreba za-zamjenom vruće zamjene faktor. A ako rješavate problem s očitanjem koje se čini neispravnim, provjerite otpor na poznatoj referentnoj temperaturi (ledena voda je jeftina, pouzdana referenca od 0 stupnjeva) prije nego što pretpostavite da je odašiljač ili sam proces problem.
Zaključak
Fizika koja stoji iza PT100 je jednostavna i nije se mijenjala desetljećima - otpor platine predvidljivo raste s temperaturom, a taj je odnos standardiziran tako da se instrumenti različitih proizvođača međusobno slažu. Ono gdje kupci zapravo griješe nije sam odabir senzora; to su detalji oko toga - konfiguracija ožičenja, konzistencija olovne žice, materijal plašta za stvarne uvjete procesa. Nabavite ih točno u fazi specifikacija, a dio senzora je lakši dio.
Ako nabavljate PT100 senzore za određenu liniju ili dio opreme, unaprijed pošaljite svom dobavljaču temperaturni raspon, potrebnu klasu točnosti, vrstu ožičenja i okruženje instalacije -, a ne samo broj dijela - što je obično ono što razlikuje senzor koji radi od onog koji se dvaput zamijeni prije nego što netko otkrije pravi problem.
Često postavljana pitanja
Je li PT100 isto što i RTD?
Ne - PT100 je jedna posebna vrsta RTD-a, izrađena od platine s otporom od 100 ohma na 0 stupnjeva. RTD je šira kategorija koja također uključuje PT500, PT1000 i senzore na bazi nikla- ili bakra-.
Koliko je PT100 senzor zapravo precizan?
Klasa B točna je do oko ±0,30 stupnjeva na 0 stupnjeva. Klasa A zateže to na otprilike ±0,15 stupnjeva. Senzori visoke-preciznosti 1/10 DIN dosežu ±0,03 stupnja, što je uglavnom laboratorijska ili kalibracijska-standardna specifikacija, a ne nešto što je potrebno za opće praćenje procesa.
Može li PT100 podnijeti temperature ispod-nule?
Da, standardne jedinice imaju ocjenu do oko -200 stupnjeva, što pokriva većinu kriogenih i hladnih primjena bez potrebe za ičim specijaliziranim.
Zašto neki PT100 senzori imaju tri ili četiri žice umjesto dvije?
Dodatne žice omogućuju instrumentu da oduzme otpor same vodeće žice, koja bi se inače računala kao dio temperaturnog signala - pogreška koja raste s duljinom kabela.
Reference
- Međunarodna elektrotehnička komisija.IEC 60751 - Industrijski otporni termometri od platine i temperaturni senzori od platine.
- Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST).ITS-90 temperaturna ljestvica i referentni podaci platinske otporne termometrije.
- Omega inženjering.Referentni vodič za RTD (otporni temperaturni detektor).
- Fluke Corporation.Kalibracija: Filozofija u praksi - Otporna termometrija.
