Pitajte petoro ljudi šta znači "PT100" i obično ćete dobiti "neku vrstu temperaturnog senzora" kao potpuni odgovor. To je u redu ako samo razgovarate -, ali ako ste vi taj koji pišete specifikaciju kupovine, praznine u tom odgovoru su upravo tamo gdje se problemi pojavljuju kasnije: senzor koji dobro očitava na klupi, ali se pomjera nakon što je zavaren u zaštitni poklopac, ili onaj koji je tehnički ispravan, ali je povezan na pogrešan način za predajnik koji napaja.
Ovaj članak pokriva mehaniku načina na koji PT100 zapravo mjeri temperaturu, praktične razlike između tipova senzora između kojih ćete birati i - jer vam teorija samo do sada - dovodi do stvarne situacije u kojoj je pogrešan jedan od ovih detalja uzrokovao mjerljiv problem na proizvodnoj liniji.
Šta je PT100 zapravo
PT100 je otporni temperaturni detektor (RTD) - platinasti element čiji se električni otpor mijenja na poznat, ponovljiv način kako se temperatura mijenja. "100" u nazivu je vrijednost otpora na 0 stepeni: tačno 100 oma. Zagrijati, otpor se penje; ohladi se, otpor pada.
Platina nije jedini metal koji radi ovo - RTD nikla i bakra također postoje -, ali platina je pobijedila za industrijsku upotrebu jer ne oksidira lako, održava svoju kalibraciju tokom godina termičkog ciklusa, a njena kriva otpora je dovoljno-definirana da je međunarodno standardizirana. Taj standard je IEC 60751, i to je dokument na koji se u tehničkim podacima svakog renomiranog proizvođača tiho poziva čak i kada to ne kažu direktno.
Fizički, element se nalazi unutar metalnog omotača - obično od nerđajućeg čelika 316, ponekad Inconel ili Hastelloy za neugodne medije - sa vodećim žicama koje idu do predajnika ili analogne ulazne kartice kontrolera. Sam senzor nema ekran i logiku; samo menja otpor. Sve ostalo se dešava 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 jednadžbi, a ne samo u tabeli za pretraživanje: Callendar-Van Dusen jednačina.
Za temperature iznad 0 stepeni, pojednostavljeni oblik je:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 je 100 oma za PT100, a A i B su fiksne konstante iz IEC 60751. Ispod 0 stepeni dodaje se treći član jer se kriva malo drugačije savija dole. Ne morate zapamtiti ovo -, ali vrijedi znati da postoji, jer je to razlog zašto će se "PT100" jednog proizvođača i "PT100" drugog zapravo slagati jedno s drugim na datoj temperaturi, umjesto da svako ima svoju privatnu krivu.
Jedan broj vrijedan pamćenja: na 100 stepeni, standardni PT100 očitava otprilike 138,5 oma. Ako rješavate problem sa senzorom multimetrom, a on nije ni blizu onoga što bi trebalo biti 100 stepeni, nešto nije u redu - ili element, ožičenje ili vaša pretpostavka o tome na kojoj je temperaturi zapravo.
Postoji i podjela o kojoj biste trebali znati prije naručivanja: "Evropska kriva" (alfa=0.00385) je standard svuda izvan Sjeverne Amerike, dok se starija "Američka kriva" (0,00392) još uvijek pojavljuje na nekoj zastarjeloj opremi. Miješanje to dvoje na naknadnoj ugradnji je klasičan izvor očitavanja temperature koja je smanjena za nekoliko stupnjeva bez očiglednog razloga.
Pretvaranje otpora u broj koji možete pročitati
Odašiljač propušta malu struju kroz element, mjeri napon na njemu, izračunava otpor i primjenjuje krivu da ispljune temperaturu. To je to. Ovo je također razlog zašto je PT100 u osnovi beskoristan bez predajnika ili ulazne kartice sa RTD-mogućnošću iza njega - senzor je samo polovina mjernog lanca.
Detalj ožičenja koji zapravo uzrokuje probleme na terenu
Ovdje mnoge odluke o kupovini idu po zlu, i rijetko je zato što je neko bio neoprezan - to jednostavno nije očigledno osim ako vam neko nije rekao.
2-wireje najjeftiniji, ali otpor same olovne žice se dodaje direktno u očitavanje. Preko 30-metara kabla ta greška više nije trivijalna. Novčana kazna za kratke staze ili nekritično praćenje; nije dobro za bilo šta što želite da kontrolišete.
3-wireje zadana vrijednost za većinu industrijskih radova. Treća žica omogućava predajniku da procijeni i poništi otpor provodnika, pod pretpostavkom da su tri provodnika usklađena po dužini i širini. Dobar balans cene i tačnosti, zbog čega ćete ga naći na većini procesnih transmitera koji se danas prodaju.
4-wireskoro u potpunosti uklanja grešku otpora elektrode odvajanjem strujnih-voda i napona{1}}osjećajnih žica. Ovo je ono što želite za referentne standarde kalibracije ili bilo gdje gdje su dijelovi stepena zapravo bitni -, ali to je pretjerano i dodatni trošak za mnogo općih tačaka praćenja.
Greška koju najčešće vidim nije odabir pogrešnog tipa ožičenja u izolaciji -, već naručivanje 3-žičnog senzora za predajnik koji je konfiguriran za 2-žični ulaz, ili obrnuto. Senzor i instrument moraju da se slažu, a taj detalj je lako propustiti kada su nabavka i instrumentacija dve različite osobe koje rade na dva različita dokumenta.
Žičani-Namotani vs. Tanki{2}}elementi
Žica{0}}namotanaelementi - platinasta žica namotana oko keramičkog ili staklenog jezgra - imaju tendenciju da drže kalibraciju izuzetno dobro tokom dugog vijeka trajanja i velikih temperaturnih promjena. Skuplji su i mehanički malo krhkiji.
Tanki{0}}filmelementi se izrađuju nanošenjem platine na keramičku podlogu, slično kao što je napravljen mikročip. Manji su, jeftiniji za proizvodnju u velikim količinama i bolje podnose vibracije - zbog čega su u velikoj mjeri preuzeli opću industrijsku i OEM upotrebu. Kompromis-je uži raspon nazivne temperature u poređenju sa premium verzijama{4}}namotanim žicama, iako se za većinu procesnih radova tom plafonu zapravo nikada ne pristupa.
Ako je vaša primjena blaga - razmislite o HVAC kanalima, opći nadzor rezervoara - tanki-film je skoro uvijek ekonomičan i razuman izbor. Sačuvajte{4}}namotavanje žice za primjene na visokim-temperaturama ili dugotrajnim{6}uslužnim-primjenama gdje dodatna stabilnost vraća troškove.
PT100 naspram termoelementa naspram PT1000
Kupci novitemperaturni instrumentičesto pitaju šta od ova tri treba da navedu.
Protiv atermoelement, PT100 pobjeđuje u preciznosti i dugotrajnoj-stabilnosti u niskom-do-srednjem opsegu (otprilike -200 stepeni do 850 stepeni) i ne zahtijeva kompenzaciju hladnog spoja. Termopar pobjeđuje tamo gdje su temperature veće nego što platina može podnijeti, ili gdje vam je potreban brži odgovor i možete živjeti s nižom preciznošću.
Protiv aPT1000, princip rada je identičan - ista platina, ista fizika - samo 1,000 oma na 0 stepeni umjesto 100. Taj veći otpor baze čini grešku olovne-žice proporcionalno manjom, tako da se PT1000 često može izvući sa 2-žicama od 2-žice PT bez olovke za žicu 1 bez olovke0 To čini PT1000 uobičajenim izborom u automatizaciji zgrada, gdje su kablovi dugački, ali ne jurite za preciznošću laboratorijske.
Pravi slučaj: kada "dovoljno blizu" nije bilo
Operacija{0}}prerade hrane koja je vodila liniju za pasterizaciju sedmicama je dobivala nedosljedna očitavanja temperature šarže - ništa dramatično, samo nekoliko stepeni odstupanja koje se povremeno pojavljivalo i nije bilo u korelaciji ni sa čim očiglednim u samom procesu. Održavanje je već jednom zamenilo senzor, pretpostavilo da je rešilo problem i nastavilo dalje. Vratio se mjesec dana kasnije.
Ispostavilo se da je stvarni uzrok ožičenje, a ne senzor: originalna 3-žična PT100 je zamijenjena jedinicom drugog dobavljača čiji je promjer žice bio neznatno drugačiji od originalne serije, što je odbacilo kompenzaciju otpora{5}}voda koju je predajnik izračunavao. Na papiru, oba senzora ispunjavaju specifikacije. U praksi, neusklađenost je bila dovoljno velika da izbaci očitavanje izvan tolerancije koja je bila važna za vrijeme zadržavanja pasterizacije - parametar sigurnosti hrane, a ne kozmetički.
Popravak nije bio bolji senzor. Standardizirala je mjeru i dužinu provodne žice na svim zamjenskim zalihama za tu liniju i dodala brzu provjeru otpornosti na ambijentalnoj temperaturi kao korak-inspekcije prije nego što je bilo koji novi senzor pušten u rad. Lekcija generalizuje: PT100 je tačan samo onoliko koliko je precizan čitav lanac merenja oko njega, a "isti broj dela" ne znači uvek "ista stvarna žica".
Šta zapravo provjeriti prije nego što naručite
Za većinu kupaca odluka se svodi na pet pitanja, otprilike ovim redoslijedom važnosti:
- Koji je raspon temperature procesa i koliko treba da bude čvrsta tolerancija?Ovo odlučuje da klasa tačnosti - Klasa B (±0,30 stepeni na 0 stepeni) pokriva najopćenitije praćenje; Klasa A ili 1/3 DIN je vrijedna 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 na terenu koji se mogu izbjeći.
- Koji je materijal omotača i prečnik sonde prikladan za vaš procesni medij i pritisak?Korozivne ili{0}}pritiske pod visokim pritiskom obično zahtijevaju i zaštitni poklopac, kako za zaštitu, tako i za zamjenu senzora bez isključivanja.
- Trebate li predajnik{0}}montiran na glavi?Pretvaranje u signal od 4-20 mA direktno na senzoru poboljšava otpornost na buku na dugim kablovima i vrijedi dodatnog troška u okruženjima s električnim šumom.
- Koji je vaš plan kalibracije i zamjene?Senzori se mijenjaju tokom godina termičkog ciklusa. Kritični procesi se obično provjeravaju godišnje; niske-tačke praćenja uloga mogu trajati duže.
Napomene o instalaciji koje vrijedi znati
Dubina umetanja je važnija nego što većina ljudi očekuje - senzorski vrh treba da dosegne stvarni protok ili medij, a ne samo da probije kroz zid cijevi, ili ćete na kraju izmjeriti granični sloj umjesto procesa. Zaštitni ulošci su vrijedni dodatnog troška gdje god je faktor pritisak, korozija ili potreba za zamjenom u vrućoj{2}} A ako rješavate problem sa očitavanjem koje izgleda pogrešno, provjerite otpor na poznatoj referentnoj temperaturi (ledena voda je jeftina, pouzdana referenca od 0 stupnjeva) prije nego pretpostavite da je problem u predajniku ili u samom procesu.
Bottom Line
Fizika iza PT100 je jednostavna i nije se promijenila decenijama - otpor platine raste predvidljivo s temperaturom, a taj odnos je standardiziran tako da se instrumenti različitih proizvođača međusobno slažu. Ono u čemu kupci zapravo pogriješe nije sam odabir senzora; to su detalji oko toga - konfiguracija ožičenja, konzistencija olovne žice, materijal omotača za stvarne uslove procesa. Nabavite ih u fazi specifikacije, a senzorski dio je lakši dio.
Ako nabavljate PT100 senzore za određenu liniju ili dio opreme, šaljete svom dobavljaču temperaturni raspon, potrebnu klasu tačnosti, tip ožičenja i okruženje za instalaciju unaprijed -, a ne samo broj dijela -, obično je ono što razdvaja senzor koji radi od senzora koji se dvaput zamjenjuje prije nego što neko otkrije pravi problem.
Često postavljana pitanja
Da li je PT100 isto što i RTD?
Ne - PT100 je jedan specifičan tip RTD-a, napravljen od platine sa otporom od 100 oma na 0 stepeni. RTD je šira kategorija, koja također uključuje PT500, PT1000 i senzore na bazi nikla- ili bakra-.
Koliko je zapravo PT100 senzor tačan?
Klasa B je tačna do oko ±0,30 stepeni na 0 stepeni. Klasa A to zateže na otprilike ±0,15 stepeni. Visoko{5}}precizni 1/10 DIN senzori dostižu ±0,03 stepena, što je uglavnom laboratorijska ili kalibracija-standardna specifikacija, a ne nešto što je potrebno za opće praćenje procesa.
Može li PT100 podnijeti temperature ispod{1}}nule?
Da, standardne jedinice su ocijenjene na oko -200 stepeni, što pokriva većinu primjena u kriogenim i hladnim lancima bez potrebe za bilo čim specijalizovanim.
Zašto neki PT100 senzori imaju tri ili četiri žice umjesto dvije?
Dodatne žice omogućavaju instrumentu da oduzme otpor same vodeće žice, koja bi se inače računala kao dio temperaturnog signala - greška koja raste s dužinom kabla.
Reference
- Međunarodna elektrotehnička komisija.IEC 60751 - Industrijski platinasti otporni termometri i platinasti temperaturni senzori.
- Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST).ITS-90 Referentni podaci o temperaturnoj skali i platinastoj termometriji otpornosti.
- Omega Engineering.Referentni vodič za RTD (otporni temperaturni detektor).
- Fluke Corporation.Kalibracija: Filozofija u praksi - Termometrija otpora.
