Zeptejte se pěti lidí, co znamená „PT100“, a obvykle dostanete jako úplnou odpověď „nějaký teplotní senzor“. To je v pořádku, pokud si právě povídáte -, ale pokud jste to vy, kdo píše nákupní specifikace, mezery v této odpovědi jsou přesně tam, kde se problémy projeví později: senzor, který čte dobře na pracovním stole, ale po přivaření k teploměrné jímce se posune, nebo ten, který je technicky správný, ale je zapojen nesprávným způsobem pro vysílač, který napájí.
Tento článek popisuje mechaniku toho, jak PT100 skutečně měří teplotu, praktické rozdíly mezi typy senzorů, mezi kterými budete volit, a -, protože teorie vás zatím dostane jen - do skutečné situace, kdy chyba v jednom z těchto detailů způsobila měřitelný problém na výrobní lince.
Co PT100 vlastně je
PT100 je odporový teplotní detektor (RTD) - platinový prvek, jehož elektrický odpor se se změnou teploty mění známým a opakovatelným způsobem. "100" v názvu je hodnota odporu při 0 stupních: přesně 100 ohmů. Zahřejte to, odpor stoupá; ochlaďte, odpor klesá.
Platina není jediným kovem, který dělá toto -, nikl a měď RTD také existují -, ale platina zvítězila pro průmyslové použití, protože snadno neoxiduje, drží svou kalibraci po léta tepelného cyklování a její křivka odporu je dostatečně-definována, aby byla mezinárodně standardizována. Tou normou je IEC 60751 a je to dokument, na který v tichosti odkazuje datasheet každého renomovaného výrobce, i když to přímo neříká.
Fyzicky je prvek umístěn uvnitř kovového pouzdra - obvykle nerezové oceli 316, někdy Inconel nebo Hastelloy pro ošklivá média - s přívodními vodiči vedenými k vysílači nebo analogové vstupní kartě ovladače. Samotný senzor nemá žádný displej ani logiku; jen mění odpor. Všechno ostatní se děje po proudu.
Fyzika za čtením
Proč se odpor mění s teplotou
Jak se platina zahřívá, atomové vibrace se zvyšují, což ztěžuje elektronům pohyb skrz mřížku - odpor stoupá. Tento vztah není lineární v celém rozsahu, ale je dostatečně blízký a dostatečně dobře-charakterizovaný na to, aby byl zachycen v rovnici, nikoli pouze ve vyhledávací tabulce: Callendarova-rovnice Van Dusen.
Pro teploty nad 0 stupňů je zjednodušená forma:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 je 100 ohmů pro PT100 a A a B jsou pevné konstanty z IEC 60751. Pod 0 stupňů se přidává třetí člen, protože křivka se tam ohýbá mírně odlišně. Toto - si nemusíte pamatovat, ale stojí za to vědět, že existuje, protože to je důvod, proč „PT100“ od jednoho výrobce a „PT100“ od jiného budou ve skutečnosti vzájemně souhlasit při dané teplotě, místo aby každý měl svou vlastní křivku.
Jedno číslo, které stojí za zapamatování: při 100 stupních čte standardní PT100 zhruba 138,5 ohmů. Pokud řešíte problémy se senzorem pomocí multimetru a ten se zdaleka neblíží tomu, co by mělo být 100 stupňů , něco není v pořádku - buď prvek, kabeláž, nebo váš předpoklad o tom, při jaké teplotě ve skutečnosti je.
Existuje také rozdělení, o kterém byste měli vědět před objednáním: „evropská křivka“ (alfa=0.00385) je standardem všude mimo Severní Ameriku, zatímco starší „americká křivka“ (0,00392) se stále zobrazuje u některých starších zařízení. Míchání těchto dvou při dodatečné montáži je klasickým zdrojem měření teploty, která je bez zjevného důvodu o několik stupňů mimo.
Proměňte odpor v číslo, které můžete číst
Vysílač prochází elementem malý proud, měří napětí na něm, vypočítává odpor a aplikuje křivku k vyplivnutí teploty. To je vše. To je také důvod, proč je PT100 v podstatě k ničemu bez vysílače nebo RTD-karty pro vstup za ním -, senzor je jen polovinou měřicího řetězce.
Detail elektroinstalace, který ve skutečnosti způsobuje problémy v terénu
To je místo, kde se mnoho nákupních rozhodnutí pokazí a je to jen zřídka proto, že by byl někdo neopatrný -, není to zřejmé, pokud vám to někdo neřekl.
2-drátje nejlevnější, ale odpor samotného vodiče se přidává přímo do měření. Při více než 30-metrové délce kabelu již tato chyba není triviální. Vhodné pro krátké jízdy nebo nekritické monitorování; není dobré pro nic, co byste chtěli mít pod kontrolou.
3-drátje výchozí pro většinu průmyslových prací. Třetí vodič umožňuje vysílači odhadnout a zrušit odpor vedení za předpokladu, že tři vodiče mají stejnou délku a průměr. Dobrá rovnováha mezi cenou a přesností, což je důvod, proč ji najdete na většině dnes prodávaných procesních vysílačů.
4-dráttéměř úplně odstraňuje chybu odporu vedení tím, že oddělí vodiče pro snímání proudu-a napětí-. To je to, co chcete pro kalibrační referenční standardy nebo kdekoli, kde na zlomcích stupně skutečně záleží -, ale pro mnoho obecných monitorovacích bodů je to zbytečnost a další náklady.
Chyba, kterou nejčastěji vidím, není vybrat špatný typ kabeláže izolovaně -, je to objednání 3vodičového senzoru pro vysílač, který byl nakonfigurován pro 2vodičový vstup, nebo naopak. Senzor a přístroj musí souhlasit a tento detail lze snadno přehlédnout, když nákup a přístrojové vybavení tvoří dva různí lidé, kteří zpracovávají dva různé dokumenty.
Drátěné-rány vs. tenké-filmové prvky
Navinutý-drátprvky - platinový drát navinutý kolem keramického nebo skleněného jádra - mají tendenci extrémně dobře udržovat kalibraci po dlouhou životnost a velké teplotní výkyvy. Jsou dražší a trochu mechanicky křehčí.
Tenký-filmprvky jsou vyráběny nanášením platiny na keramický substrát, podobným duchu jako mikročip. Jsou menší, objemově levnější na výrobu a lépe odolávají vibracím -, a proto do značné míry převzaly obecné průmyslové použití a použití OEM. Kompromisem-je užší jmenovitý teplotní rozsah ve srovnání s verzemi s vinutými dráty-prémiové kvality, ačkoli u většiny procesních prací se tohoto stropu nikdy nedosáhne.
Pokud je vaše aplikace mírná -, představte si vzduchotechnické potrubí, obecné monitorování nádrže -tenká-vrstva je téměř vždy ekonomickou a rozumnou volbou. Ušetřete navinuté-dráty pro aplikace s vysokou-teplotou nebo s dlouhou{6}}službou-, kde se díky mimořádné stabilitě vrátí náklady.
PT100 vs. Termočlánek vs. PT1000
Kupující novíteplotní instrumentacečasto se ptají, které z těchto tří by vlastně měli specifikovat.
Proti atermočlánekPT100 vyhrává přesností a-dlouhodobou stabilitou v nízkém-až{3}}středním rozsahu (zhruba -200 stupňů až 850 stupňů) a nevyžaduje kompenzaci studených spojů. Termočlánek vítězí tam, kde teploty jdou výše, než dokáže platina zvládnout, nebo tam, kde potřebujete rychlejší odezvu a můžete žít s nižší přesností.
Proti aPT1000, pracovní princip je identický - stejná platina, stejná fyzika - jen 1 000 ohmů při 0 stupních místo 100. Tento vyšší základní odpor úměrně snižuje chybu olova-vodiče, takže PT1000 se často obejde s 2-vodičem bez penalizace za přesnost, která by znamenala PT100. Díky tomu je PT1000 běžnou volbou v automatizaci budov, kde jsou kabely dlouhé, ale nehoníte se za přesností na úrovni laboratoře.
Skutečný případ: Když „Dost blízko“ nebylo
Potravinářská-operace na pasterizační lince dostávala po týdny nekonzistentní údaje o teplotě vsázky - nic dramatického, jen několik stupňů odchylky, která se objevovala občas a nekorelovala s ničím zjevným v samotném procesu. Údržba již jednou senzor vyměnila, předpokládala, že problém vyřešila, a pokračovala. O měsíc později se to vrátilo.
Skutečnou příčinou byly kabely, nikoli snímač: původní 3-vodič PT100 byl nahrazen jednotkou od jiného dodavatele, jejíž průřez vodiče se mírně lišil od původního vedení, což způsobilo ztrátu kompenzace- odporu vodiče, kterou vysílač počítal. Papírově oba senzory splňovaly spec. V praxi byl nesoulad dostatečně velký na to, aby se hodnota posunula mimo toleranci, která byla důležitá pro dobu zdržení pasterizace - parametr bezpečnosti potravin, nikoli kosmetický parametr.
Oprava nebyl lepší senzor. Byla standardizována tloušťka a délka přívodního drátu u všech náhradních zásob pro tuto řadu a byla přidána rychlá kontrola odporu při okolní teplotě jako vstupní-kontrolní krok před uvedením nového senzoru do provozu. Poučení zobecňuje: PT100 je pouze tak přesný jako celý měřicí řetězec kolem něj a „stejné číslo dílu“ vždy neznamená „stejný skutečný drát“.
Co vlastně zkontrolovat, než si objednáte
Pro většinu kupujících se rozhodnutí skládá z pěti otázek, zhruba v tomto pořadí důležitosti:
- Jaký je rozsah procesních teplot a jak přísná musí být tolerance?To rozhoduje o třídě přesnosti - Třída B (±0,30 stupně při 0 stupních) pokrývá nejobecnější monitorování; Třída A nebo 1/3 DIN stojí za prémii pro regulační smyčky nebo regulované procesy.
- Jaké zapojení očekává váš vysílač nebo PLC karta?Potvrďte to před objednávkou, nikoli po -, je to jediná nejčastější příčina problémů v terénu, kterým lze předejít.
- Jaký je materiál pláště a průměr sondy vhodný pro vaše procesní médium a tlak?Aplikace pro korozivní nebo vysokotlaké{0}}tlaky obvykle vyžadují také teploměrnou jímku, a to jak kvůli ochraně, tak čidlo lze vyměnit bez vypnutí.
- Potřebujete vysílač-namontovaný na hlavě?Převod na signál 4-20 mA přímo u snímače zlepšuje odolnost proti rušení na dlouhých kabelech a stojí za dodatečné náklady v elektricky hlučném prostředí.
- Jaký je váš plán kalibrace a výměny?Senzory se během let tepelného cyklování posunují. Kritické procesy se obvykle kontrolují každoročně; body sledování nízkých{1}}sázek mohou trvat déle.
Poznámky k instalaci, které stojí za to vědět
Hloubka vložení je důležitější, než většina lidí očekává -, že snímací hrot musí dosáhnout do skutečného toku nebo média, nikoli pouze prostrčit stěnu potrubí, jinak místo procesu budete měřit hraniční vrstvu. Teploměrové jímky se vyplatí tam, kde hraje roli tlak, koroze nebo nutnost výměny za provozu-. A pokud řešíte problémy s naměřenou hodnotou, která se zdá být chybná, zkontrolujte odpor při známé referenční teplotě (ledová voda je levná a spolehlivá reference 0 stupňů), než uvěříte, že problémem je vysílač nebo samotný proces.
Sečteno a podtrženo
Fyzika PT100 je jednoduchá a za desítky let se nezměnila - odpor platiny předvídatelně roste s teplotou a tento vztah je standardizován, takže přístroje od různých výrobců se navzájem shodují. Kde kupující ve skutečnosti chybují, není samotný výběr senzoru; jsou to detaily kolem toho - konfigurace zapojení, konzistence vodiče, materiál pláště pro skutečné podmínky procesu. Získejte je přímo ve fázi specifikací a senzorová část je ta snadná část.
Pokud odebíráte senzory PT100 pro konkrétní linku nebo zařízení, obvykle to, co odděluje senzor, který funguje, od senzoru, který je dvakrát vyměněn, než někdo zjistí skutečný problém, pošlete svému dodavateli předem teplotní rozsah, požadovanou třídu přesnosti, typ zapojení a instalační prostředí -, nikoli jen číslo dílu -.
Často kladené otázky
Je PT100 to samé jako RTD?
Ne - PT100 je jeden konkrétní typ RTD, vyrobený z platiny s odporem 100 ohmů při 0 stupních . RTD je širší kategorie, která také zahrnuje PT500, PT1000 a senzory na bázi niklu- nebo mědi-.
Jak přesný je skutečně snímač PT100?
Třída B je přesná s přesností asi ±0,30 stupně při 0 stupních. Třída A to utáhne zhruba na ±0,15 stupně. Vysoce přesné{5}}senzory 1/10 DIN dosahují ±0,03 stupně, což je většinou laboratorní nebo kalibrační-standardní specifikace, spíše než něco, co vyžaduje obecné monitorování procesů.
Zvládne PT100 teploty pod-nulou?
Ano, standardní jednotky jsou dimenzovány na přibližně -200 stupňů , což pokrývá většinu kryogenních aplikací a aplikací s chladícím řetězem, aniž by bylo potřeba cokoli specializovaného.
Proč mají některé snímače PT100 tři nebo čtyři vodiče místo dvou?
Další vodiče umožňují přístroji odečíst odpor samotného vodiče, který by se jinak započítal jako součást teplotního signálu -, což je chyba, která roste s délkou kabelu.
Reference
- Mezinárodní elektrotechnická komise.IEC 60751 - Průmyslové platinové odporové teploměry a platinové teplotní senzory.
- Národní institut pro standardy a technologie (NIST).Referenční data teplotní stupnice ITS-90 a platinové odporové termometrie.
- Omega inženýrství.Referenční příručka RTD (Resistance Temperature Detector).
- Společnost Fluke Corporation.Kalibrace: Filosofie v praxi - Odporová termometrie.
