Kysy viideltä ihmiseltä, mitä "PT100" tarkoittaa, ja yleensä saat "jonkinlaisen lämpötila-anturin" täydelliseksi vastaukseksi. Se on hienoa, jos vain juttelet -, mutta jos olet se, joka kirjoitat ostotiedot, ongelmat ilmenevät myöhemmin juuri tuossa vastauksessa: anturi, joka lukee hyvin penkillä, mutta ajautuu, kun se on hitsattu suojakoteloon, tai anturi, joka on teknisesti oikein, mutta johdotettu väärään suuntaan sen lähettimelle, jota se syöttää.
Tämä artikkeli käsittelee mekaniikkaa siitä, kuinka PT100 itse asiassa mittaa lämpötilaa, käytännön eroja valitsemiesi anturityyppien välillä ja -, koska teoria antaa sinulle vain toistaiseksi - todellisen tilanteen, jossa jonkin näistä tiedoista väärin saattaminen aiheutti mitattavissa olevan ongelman tuotantolinjalla.
Mikä PT100 oikeastaan on
PT100 on resistanssilämpötilan ilmaisin (RTD) - platinaelementti, jonka sähkövastus muuttuu tunnetulla, toistettavalla tavalla lämpötilan muuttuessa. Nimessä oleva "100" on resistanssiarvo 0 asteessa: täsmälleen 100 ohmia. Kuumenna se, vastus nousee; jäähdytä se, vastus laskee.
Platina ei ole ainoa metalli, joka tekee tämän - nikkelin ja kuparin RTD:itä on myös olemassa -, mutta platina voitti teollisen käytön, koska se ei hapetu helposti, säilyttää kalibrointinsa vuosien lämpökierron aikana ja sen vastuskäyrä on tarpeeksi tarkka, jotta se on standardoitu kansainvälisesti. Tämä standardi on IEC 60751, ja se on asiakirja, johon jokainen hyvämaineinen valmistajan tietolehti viittaa hiljaa, vaikka he eivät sitä suoraan sanokaan.
Fyysisesti elementti istuu metallisuojuksen sisällä - yleensä 316 ruostumatonta terästä, joskus Inconel tai Hastelloy ilkeää mediaa varten -, jossa lyijyjohdot loppuvat lähettimeen tai ohjaimen analogiseen tulokorttiin. Anturissa itsessään ei ole näyttöä eikä logiikkaa; se vain muuttaa vastusta. Kaikki muu tapahtuu alavirtaan.
Fysiikka lukemisen takana
Miksi vastus muuttuu lämpötilan myötä
Kun platina lämpenee, atomivärähtely lisääntyy, mikä vaikeuttaa elektronien liikkumista hilan läpi - vastus kasvaa. Tämä suhde ei ole lineaarinen koko alueella, mutta se on riittävän läheinen ja tarpeeksi hyvin-karakterisoitu, jotta se on tallennettu yhtälöön eikä pelkkään hakutaulukkoon: Callendar-Van Dusenin yhtälö.
Yli 0 asteen lämpötiloissa yksinkertaistettu muoto on:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 on 100 ohmia PT100:lle, ja A ja B ovat kiinteitä vakioita IEC 60751:stä. Alle 0 astetta lisätään kolmas termi, koska käyrä taipuu siellä hieman eri tavalla. Sinun ei tarvitse muistaa tätä -, mutta se kannattaa tietää, että se on olemassa, koska sen takia yhden valmistajan "PT100" ja toisen valmistajan "PT100" sopivat keskenään tietyssä lämpötilassa sen sijaan, että kummallakin olisi oma yksityinen käyränsä.
Yksi luku, joka kannattaa muistaa: 100 asteessa tavallinen PT100 lukee noin 138,5 ohmia. Jos teet vianetsintää anturin kanssa yleismittarilla, eikä se ole lähelläkään sitä, minkä pitäisi olla 100 astetta, jotain on vialla - joko elementissä, johdoissa tai olettamuksessasi sen todellisesta lämpötilasta.
On myös jako, joka sinun tulee tietää ennen tilaamista: "European curve" (alpha=0.00385) on standardi kaikkialla Pohjois-Amerikan ulkopuolella, kun taas vanhempi "amerikkalainen käyrä" (0,00392) näkyy edelleen joissakin vanhoissa laitteissa. Näiden kahden sekoittaminen jälkiasennuksessa on klassinen lähde lämpötilalukemiin, jotka laskevat muutaman asteen ilman selvää syytä.
Muuta vastus numeroksi, jonka voit lukea
Lähetin siirtää pienen virran elementin läpi, mittaa jännitteen sen yli, laskee resistanssin ja soveltaa käyrää lämpötilan sylkemiseksi. Siinä se. Tästä syystä PT100 on periaatteessa hyödytön ilman lähetintä tai sen takana olevaa RTD-sisääntulokorttia - anturi on vain puolet mittausketjusta.
Johdotuksen yksityiskohta, joka todella aiheuttaa kenttäongelmia
Täällä monet ostopäätökset menevät pieleen, ja harvoin se johtuu siitä, että joku oli huolimaton - se ei vain ole ilmeistä, ellei joku ole kertonut sinulle.
2-johtoinenon halvin, mutta itse lyijylangan vastus lisätään suoraan lukemaan. Yli 30 -metrin kaapelin aikana tämä virhe ei ole enää vähäpätöinen. Sako lyhyille lennoille tai ei-kriittisille monitoroinneille; ei kelpaa mihinkään, jonka haluat hallita.
3-johtoinenon oletusarvo useimmille teollisille töille. Kolmas johto antaa lähettimen arvioida ja kumota johtimen resistanssin olettaen, että kolme johdinta vastaavat pituudeltaan ja mitoiltaan. Hyvä tasapaino kustannusten ja tarkkuuden välillä, minkä vuoksi se löytyy useimmista nykyään myytävistä prosessilähettimistä.
4-johtoinenpoistaa johtoresistanssivirheen lähes kokonaan erottamalla virran{0}}siirto- ja jännitteen{1}}anturijohtimet. Tämä on se, mitä haluat kalibroinnin referenssistandardeille tai missä tahansa asteen murto-osilla, joilla on todella merkitystä -, mutta se on ylimääräistä ja ylimääräistä hintaa monille yleisille valvontapisteille.
Useimmiten näkemäni virhe on se, että en valitse väärää johdotustyyppiä erikseen - se on 3-johtimisen anturin tilaaminen lähettimelle, joka on määritetty 2-johdintuloa varten, tai päinvastoin. Anturin ja instrumentin on sovittava yhteen, ja tämä yksityiskohta on helppo unohtaa, kun hankinta ja instrumentointi ovat kaksi eri henkilöä, jotka työskentelevät kahden eri asiakirjan pohjalta.
Lanka-haava vs. ohuet-kalvoelementit
Lanka{0}}haavaelementit - keraamisen tai lasiytimen ympärille kierretty platinalanka - kestävät kalibroinnin erittäin hyvin pitkän käyttöiän ja suurien lämpötilanvaihteluiden aikana. Ne ovat kalliimpia ja hieman hauraampia mekaanisesti.
Ohut{0}}kalvoelementtejä valmistetaan kerrostamalla platinaa keraamiselle alustalle, hengeltään samalla tavalla kuin mikrosiru rakennetaan. Ne ovat pienempiä, halvempia valmistaa volyymilla ja kestävät paremmin tärinää -, minkä vuoksi ne ovat pääosin ottaneet yleisen teollisuuden ja OEM-käytön. Kompromissi-on kapeampi nimellislämpötila-alue verrattuna korkealuokkaisiin lanka-käämitysversioihin, vaikka useimmissa prosessitöissä kattoa ei koskaan lähestytä.
Jos sovelluksesi on lievä - ajattele LVI-kanavia, yleinen säiliön valvonta - ohut-kalvo on lähes aina taloudellinen ja järkevä valinta. Säästä lanka-korkean-lämpötilojen tai-pitkän käyttöiän-sovelluksiin, joissa ylimääräinen vakaus ansaitsee hintansa takaisin.
PT100 vs. lämpöpari vs. PT1000
Uusia ostajialämpötilan instrumentointikysyvät usein, mikä näistä kolmesta heidän pitäisi todella määritellä.
A vastaanlämpöpari, PT100 voittaa tarkkuuden ja pitkän{1}}vakauden alemmalla---keskialueella (noin -200 asteesta 850 asteeseen), eikä se vaadi kylmäliitoksen kompensointia. Termopari voittaa siellä, missä lämpötila nousee korkeammaksi kuin platina kestää, tai missä tarvitset nopeampaa vastetta ja voit elää pienemmällä tarkkuudella.
A vastaanPT1000, toimintaperiaate on identtinen - sama platina, sama fysiikka - vain 1 000 ohmia 0 asteessa 100 asteen sijasta. Korkeampi kantaresistanssi pienentää johtovirhettä suhteellisesti, joten PT1000 voi usein päästä eroon 2-johtimien johdosta ilman PT10:n tarkkuutta. Tämä tekee PT1000:sta yleisen valinnan rakennusautomaatiossa, jossa kaapelit ovat pitkiä, mutta et tavoittele laboratoriotason tarkkuutta.
Todellinen tapaus: Kun "Close Enough" ei ollut
Elintarvikkeiden-jalostusoperaatio, joka käytti pastörointilinjaa, oli saanut epäjohdonmukaisia erän lämpötilalukemia viikkojen ajan - ei mitään dramaattista, vain muutaman asteen poikkeama, joka ilmaantui ajoittain eikä korreloi minkään ilmeisen prosessin kanssa. Huolto oli jo vaihtanut anturin kerran, oletti sen korjaavan ongelman ja siirtyi eteenpäin. Se tuli takaisin kuukauden kuluttua.
Todellinen syy paljastui kaapeloinnissa, ei anturissa: alkuperäinen 3-johtiminen PT100 oli korvattu toisen toimittajan yksiköllä, jonka lyijylangan mitta poikkesi hieman alkuperäisestä ajosta, mikä heitti pois lähettimen laskeman lyijyn-resistanssin kompensoinnin. Paperilla molemmat anturit täyttivät vaatimukset. Käytännössä epäsuhta oli juuri tarpeeksi suuri työntämään lukeman sen toleranssin ulkopuolelle, jolla oli merkitystä pastöroinnin pitoajan - elintarviketurvallisuusparametrille, ei kosmeettiselle parametrille.
Korjaus ei ollut parempi anturi. Siinä standardoitiin lyijylangan mitta ja pituus kaikissa tämän linjan varaosissa ja lisättiin nopea resistanssin tarkistus ympäristön lämpötilassa vastaanottavana-tarkastusvaiheena ennen kuin uusi anturi otettiin käyttöön. Oppitunti yleistää: PT100 on vain yhtä tarkka kuin koko sen ympärillä oleva mittausketju, eikä "sama osanumero" aina tarkoita "samaa todellista johtoa".
Mitä kannattaa tarkistaa ennen tilaamista
Useimmille ostajille päätös koostuu viidestä kysymyksestä, suunnilleen tässä tärkeysjärjestyksessä:
- Mikä on prosessin lämpötila-alue ja kuinka tiukka toleranssin tulee olla?Tämä päättää tarkkuusluokka - Luokka B (±0,30 astetta 0 asteessa) kattaa yleisimmän seurannan; Luokka A tai 1/3 DIN on palkkion arvoinen ohjaussilmukoille tai säänneltyille prosesseille.
- Millaista johdotusta lähettimesi tai PLC-korttisi odottaa?Vahvista tämä ennen tilaamista, älä - jälkeen. Se on yleisin yksittäinen vältettävissä olevien kenttäongelmien syy.
- Mikä vaipan materiaali ja anturin halkaisija sopivat prosessiväliaineeseesi ja paineeseesi?Syövyttävät tai korkeapaineiset{0}}sovellukset vaativat yleensä myös suojasuojuksen sekä suojaamiseksi, että anturi voidaan vaihtaa ilman sammutusta.
- Tarvitsetko päähän{0}}asennettavan lähettimen?Muuntaminen 4–20 mA:n signaaliksi suoraan anturin kohdalla parantaa melunsietoa pitkillä kaapelikulmilla ja on lisäkustannusten arvoinen sähkömeluisissa ympäristöissä.
- Mikä on kalibrointi- ja vaihtosuunnitelmasi?Anturit ajautuvat vuosien lämpöpyöräilyn aikana. Kriittiset prosessit tarkistetaan yleensä vuosittain; alhaisten-panosten valvontapisteet voivat kestää kauemmin.
Asennusohjeet, jotka kannattaa tietää
Työntösyvyydellä on enemmän merkitystä kuin useimmat ihmiset odottavat - anturikärjen on päästävä todelliseen virtaukseen tai väliaineeseen, ei vain työnnettävä putken seinämän läpi, tai joudut mittaamaan rajakerroksen prosessin sijaan. Lämpökuopat ovat ylimääräisten kustannusten arvoisia kaikkialla, missä paine, korroosio tai kuuma{2}}vaihtovaihtotarve vaikuttavat asiaan. Ja jos olet vianetsimässä lukemaa, joka näyttää väärältä, tarkista vastus tunnetussa vertailulämpötilassa (jäävesi on halpa, luotettava 0 asteen referenssi) ennen kuin otat lähettimen tai itse prosessin olevan ongelma.
Bottom Line
PT100:n taustalla oleva fysiikka on yksinkertainen, eikä se ole muuttunut vuosikymmeniin - platinan resistanssi nousee ennustettavasti lämpötilan myötä, ja tämä suhde on standardoitu, jotta eri valmistajien instrumentit sopivat keskenään. Ostajat menevät pieleen, ei itse anturin valinta; se on sen ympärillä olevat yksityiskohdat - johdotuskokoonpano, lyijylangan koostumus, vaippamateriaali todellisia prosessiolosuhteita varten. Hanki ne heti määritysvaiheessa, ja anturiosa on helppo osa.
Jos hankit PT100-antureita tiettyä linjaa tai laitetta varten, lähetät toimittajallesi lämpötila-alueen, vaaditun tarkkuusluokan, johdotuksen tyypin ja asennusympäristön etukäteen - pelkän osanumeron - sijasta, mikä yleensä erottaa toimivan anturin anturista, joka vaihdetaan kahdesti ennen kuin joku löytää todellisen ongelman.
Usein kysytyt kysymykset
Onko PT100 sama asia kuin RTD?
No - PT100 on yksi erityinen RTD-tyyppi, joka on valmistettu platinasta ja jonka resistanssi on 100 ohmia 0 asteessa. RTD on laajempi luokka, joka sisältää myös PT500-, PT1000- ja nikkeli{7}}- tai kupari{8}}pohjaiset anturit.
Kuinka tarkka PT100-anturi todella on?
Luokan B tarkkuus on noin ±0,30 astetta 0 asteessa. Luokka A kiristää sen noin ±0,15 asteeseen. Korkean -tarkkuuden 1/10 DIN-anturit saavuttavat ±0,03 astetta, mikä on enimmäkseen laboratorio- tai kalibrointi-standarditiedot eikä jotain yleistä prosessin valvontaa.
Kestääkö PT100 pakkasta{1}}?
Kyllä, vakioyksiköiden luokitus on noin -200 astetta, mikä kattaa useimmat kryogeeniset ja kylmäketjuiset sovellukset ilman mitään erikoistumista.
Miksi joissakin PT100-antureissa on kolme tai neljä johtoa kahden sijaan?
Ylimääräiset johdot antavat laitteen vähentää itse lyijyjohdon resistanssin, joka muuten laskettaisiin osaksi lämpötilasignaalia - virhe, joka kasvaa kaapelin pituuden myötä.
Viitteet
- Kansainvälinen sähkötekninen komissio.IEC 60751 - Teolliset platinavastuslämpömittarit ja platinalämpötila-anturit.
- National Institute of Standards and Technology (NIST).ITS-90 lämpötila-asteikon ja platinaresistanssilämpömetrin viitetiedot.
- Omega Engineering.RTD (Resistance Temperature Detector) -viiteopas.
- Fluke Corporation.Kalibrointi: Filosofia käytännössä - Resistanssilämpömetria.
