به عنوان مثال، در دمای 0℃ تقریباً 100Ω و در 100℃ تقریباً 138.5Ω است.
بنابراین هنگام قضاوت در محل در مورد دمای Pt100، در واقع ابتدا باید مقدار مقاومت فعلی آن را اندازه گیری کرد و سپس آن را بر اساس رابطه بین مقاومت و دما به دمای مربوطه بر حسب درجه سانتیگراد تبدیل کرد.
هنگامی که فرستنده Pt100 را اندازه گیری می کند، جریان اندازه گیری نسبتاً کوچک و پایداری به سنسور می دهد و سپس ولتاژ را در دو سر آن اندازه گیری می کند. با استفاده از ولتاژ و جریان، مقدار مقاومت محاسبه می شود.
R = U / I
پس از به دست آمدن مقدار مقاومت، فرستنده آن را با توجه به مقیاس استاندارد Pt100 به دمای واقعی تبدیل می کند.
این فرآیند را می توان به صورت زیر درک کرد: دما → مقاومت → مقدار دما → سیگنال استاندارد.
III. سیم کشی سری Pt100
مقدار مقاومت Pt100 زیاد نیست، بنابراین مقاومت سیم های اتصال بر نتیجه اندازه گیری تأثیر می گذارد.
به عنوان مثال، اگر Pt100 در حال حاضر 110Ω باشد، اما دو سیم دارای مقاومت کلی 2Ω باشند، هنگام اندازه گیری در سیستم دو سیم، دستگاه 112Ω را مشاهده می کند و این 2Ω اضافی نیز به عنوان مقاومت Pt100 محاسبه می شود و دمای نمایش داده شده نهایی بالاتر خواهد بود.
بنابراین، مزیت سیستم دو سیم این است که سیم کشی ساده است، اما عیب آن نیز آشکار است. مقاومت کابل در میدان به نتیجه اندازه گیری وارد می شود.
سیستم سه سیمه مقاومت سیم های اتصال را از طریق مدار اندازه گیری جبران می کند و به طور گسترده در زمینه های صنعتی استفاده می شود.
سیستم چهار سیم خط جریان اندازه‌گیری و خط تشخیص ولتاژ را جدا می‌کند، که می‌تواند خطای ناشی از مقاومت سیم‌های اتصال را بیشتر کاهش دهد و برای مواردی با نیاز به دقت بالاتر مناسب است.
هنگام مواجهه با دمای Pt100 که به طور مداوم در میدان بالا یا پایین است، فوراً فرض نکنید که کاوشگر شکسته است. روش سیم کشی، مقاومت کابل، شل بودن پایانه اتصال و اکسیداسیون وجود دارد، همه اینها باید با هم بررسی شوند.
IV. اندازه گیری دمای ترموکوپل
روش اندازه گیری ترموکوپل ها با Pt100 متفاوت است.
ترموکوپل ها و Pt100 بر اساس یک اصل نیستند. آنها از دو هادی فلزی مختلف تشکیل شده اند. به عنوان مثال، ترموکوپل معمولی از نوع K در این زمینه معمولاً نیکل کروم - نیکل-سیلیکون است.
این دو فلز در قسمت جلویی به یکدیگر جوش داده می شوند تا انتهای اندازه گیری را تشکیل دهند. تا زمانی که اختلاف دما بین انتهای اندازه گیری و انتهای مرجع وجود داشته باشد، یک پتانسیل ترموالکتریک تولید می شود.
این ولتاژ معمولاً در سطح میلی ولت بسیار کوچک است.
پس از تغییر دما، پتانسیل ترموالکتریک نیز تغییر خواهد کرد.
فرآیند تبدیل سیگنال را می توان اینگونه درک کرد: اختلاف دما ابتدا به یک سیگنال میلی ولت بسیار کوچک تبدیل می شود و سپس دستگاه این سیگنال میلی ولت را به دما تبدیل می کند.
پس از اتصال فرستنده دما به ترموکوپل، وظیفه اصلی اندازه گیری سیگنال خروجی میلی ولت توسط آن و سپس محاسبه دما با توجه به مشخصات مربوط به اعداد مقیاس مختلف مانند نوع K، نوع J، نوع S و نوع T است.
مواد مورد استفاده برای ترموکوپل های نوع K، J، نوع S و نوع T متفاوت است و رابطه متناظر بین دما و پتانسیل ترموالکتریک نیز متفاوت است. بنابراین، پارامترهای فرستنده باید با نوع ترموکوپل موجود در میدان سازگار باشد.
V. جبران اتصال سرد
ترموکوپل اختلاف دما بین انتهای اندازه گیری و انتهای مرجع را منعکس می کند.
فرض کنید انتهای اندازه گیری در یک کوره 500 درجه سانتیگراد قرار می گیرد و انتهای دیگر به فرستنده دما متصل است. در این زمان، پتانسیل ترموالکتریک تولید شده توسط ترموکوپل نه تنها به دمای کوره مربوط می شود، بلکه به دمای نزدیک ترمینال اتصال فرستنده نیز مرتبط است.
اگر دمای محیط در ترمینال اتصال تغییر کند، پتانسیل ترموالکتریک مربوطه نیز برای همان دمای کوره تغییر خواهد کرد.
بنابراین، فرستنده دمای نوع ورودی ترموکوپل دمای نزدیک ترمینال اتصال را تشخیص می دهد و این تأثیر را محاسبه می کند که جبران اتصال سرد است.
اگر دمای ترموکوپل به طور تصادفی نوسان می کند، به آرامی جابجا می شود یا با وضعیت واقعی محل مطابقت ندارد، به طور کلی، بررسی کنید که آیا قطب مثبت و منفی معکوس وصل شده اند، آیا سیم جبران به درستی استفاده می شود، آیا دمای نزدیک ترمینال اتصال به طور قابل توجهی تغییر می کند یا خیر، و سپس بررسی کنید که آیا مشکلی در جبران اتصال سرد وجود دارد یا خیر.
VI. چرا باید انتقال داد
Pt100 تغییرات مقاومت را منتقل می کند، در حالی که ترموکوپل سیگنال های میلی ولت را منتقل می کند. هر دوی این سیگنال ها برای اندازه گیری در محل مناسب هستند و برای ارسال خیلی دور به اتاق کنترل مناسب نیستند.
Pt100 مستعد تأثیر مقاومت خط است.
دامنه سیگنال ترموکوپل بسیار کم است. تداخل الکترومغناطیسی تولید شده توسط موتورها، مبدل های فرکانس و کابل های پرقدرت در میدان نیز می تواند به راحتی بر پایداری اندازه گیری تأثیر بگذارد.
بنابراین ترانسمیترهای دما در محل اضافه خواهند شد. ابتدا این سیگنال‌های خام جمع‌آوری می‌شوند، سپس تقویت می‌شوند، فیلتر می‌شوند، جبران و خطی می‌شوند و در نهایت به سیگنال‌های استانداردی تبدیل می‌شوند که دریافت آن برای PLC و DCS آسان‌تر است.
فرم های خروجی رایج عبارتند از 4-20mA، 0-10V، HART، RS485، Modbus و غیره.
در میان آنها، 4-20 میلی آمپر به طور گسترده در این زمینه استفاده می شود.
هفت. خروجی 4-20 میلی آمپر
به عنوان مثال، اگر یک فرستنده دما محدوده 0-200 درجه سانتیگراد داشته باشد و خروجی آن 4-20mA باشد، 0℃ مربوط به 4mA و 200℃ مربوط به 20mA است. مقادیر بین آنها معمولاً متناسب با محدوده است. 0℃ مربوط به 4mA، 100℃ مربوط به 12mA، و 200℃ مربوط به 20mA است.
اگر جریان در مدار میدانی 16 میلی آمپر اندازه گیری شود، می توان دما را با استفاده از روش "کم کردن 4 میلی آمپر از جریان واقعی، تقسیم بر 16 میلی آمپر، ضرب در محدوده و اضافه کردن حد پایین محدوده" تبدیل کرد. جایگزینی محدوده 0-200℃: (16-4) ÷ 16 × 200 = 150℃.
بنابراین، 16 میلی آمپر برابر با 150 درجه سانتیگراد است.
4 میلی آمپر همچنین عملکرد عملی به عنوان نقطه شروع محدوده دارد.
در شرایط عادی، حتی اگر دمای واقعی دقیقاً در حد پایین محدوده باشد، هنوز باید حدود 4 میلی آمپر جریان در مدار وجود داشته باشد. اگر نزدیک به 0 میلی آمپر کاهش یابد، معمولاً سیگنال دمای معمولی نیست و منبع تغذیه، سیم کشی، پایانه ها و کل مدار جریان باید به دقت بررسی شود.
4-20 میلی آمپر به طور گسترده ای در این زمینه استفاده می شود و یک دلیل مهم این است که حمل و نقل از راه دور نسبتاً آسان است. یک افت ولتاژ مشخص در خط یا برخی تداخل الکترومغناطیسی در میدان وجود خواهد داشت و مقابله با آن در مقایسه با روش‌های دیگر نسبتاً آسان‌تر است.
هشتم. پردازش داخلی
پس از دریافت سیگنال از سنسور، فرستنده دما نیز چندین مرحله پردازش را طی می کند.
1. جذب سیگنال.
فرستنده در جلو به Pt100 متصل است که تغییر مقاومت را اندازه گیری می کند. به ترموکوپل متصل است که سیگنال میلی ولت را اندازه گیری می کند. بنابراین، تنظیمات پارامتر باید با نوع سنسور واقعی در میدان سازگار باشد.
2. تقویت و فیلتر.
خروجی ترموکوپل از چند میلی ولت تا چند ده میلی ولت است. سیگنال نسبتا کوچک است، بنابراین قسمت جلویی فرستنده معمولاً باید تقویت شود و نویز و تداخل وارد شده از میدان باید تا حد امکان فیلتر شود.
3. خطی سازی.
چه Pt100 باشد و چه ترموکوپل، سیگنال ها و دمای اصلی آنها را نمی توان به سادگی از ابتدا تا انتها با استفاده از یک نسبت ساده محاسبه کرد. بنابراین، تبدیل داخلی ابزار باید از مشخصات مقیاس استاندارد مربوطه پیروی کند.
4. جبران و تصحیح.
برای ترموکوپل ها، علاوه بر تبدیل مقیاس، جبران اتصال سرد نیز باید انجام شود. برخی از فرستنده‌های دما هوشمند، تغییر دمای مدار داخلی، نقطه صفر یا انحراف سنسور را بیشتر تصحیح می‌کنند.
پس از این مراحل پردازش سیگنال، فرستنده دمای نهایی را به 4-20 میلی آمپر تبدیل می کند یا آن را از طریق روش های ارتباط دیجیتال HART یا فیلدباس به PLC، DCS، نمایش سنج ها یا سیستم های اکتساب می فرستد.
IX سیستم دو سیمه
بسیاری از فرستنده های دمای 4-20 میلی آمپر از روش اتصال دو سیمه استفاده می کنند.
این دو سیم وظیفه تامین برق و انتقال سیگنال اندازه گیری را بر عهده دارند.
فرستنده، منبع تغذیه و ماژول ورودی آنالوگ سیستم کنترل به صورت سری در همان مدار جریان متصل می شوند. فرستنده توان مورد نیاز برای عملکرد خود را از مدار دریافت می کند و با تنظیم جریان مدار، اطلاعات دما را به 4-20 میلی آمپر تبدیل می کند.
فرستنده های دمای دو سیم معمولی در میدان، جایی که منبع تغذیه و سیگنال 4-20 میلی آمپر از یک جفت سیم استفاده می کنند، هر دو برق را به فرستنده و سیگنال اندازه گیری را به سیستم کنترل برمی گرداند.
X. خلاصه
اگر نمایشگر دما در محل دقیق نباشد، لزوماً به این معنی نیست که فرستنده دما معیوب است.
مدار اندازه گیری دما عبارت است از: سنسور دما → سیم اتصال → بلوک ترمینال → فرستنده دما → مدار 4-20 میلی آمپر → ماژول ورودی آنالوگ → PLC یا DCS.
مهم نیست که کدام قسمت از این زنجیره معیوب باشد، دمای نمایش داده شده روی کنترل مرکزی ممکن است غیرعادی باشد. بنابراین، هنگام عیب یابی، نباید فقط روی سنسور یا فرستنده تمرکز کرد.
بنابراین، هنگام انجام تحقیقات، یک رویکرد مؤثرتر این است که بررسی ها را گام به گام در جهت انتقال سیگنال انجام دهیم.
فرستنده دما مستقیماً "دما را اندازه گیری نمی کند"، بلکه سیگنال دما را بین سنسور در محل و سیستم کنترل به طور دقیق تبدیل و ارسال می کند.
-- برگرفته از حساب رسمی یک همتا
Yuyao Huangong automation instruments factory
