سنسور دما PT100: چگونه کار می کند و قبل از خرید چه چیزی را باید بررسی کرد

از پنج نفر بپرسید که "PT100" به چه معناست و معمولا "نوعی سنسور دما" را به عنوان پاسخ کامل دریافت خواهید کرد. اگر فقط در حال چت کردن با - هستید، خوب است، اما اگر شما هستید که مشخصات خرید را می نویسید، شکاف های موجود در این پاسخ دقیقاً همان جایی است که مشکلات بعداً ظاهر می شوند: سنسوری که روی نیمکت به خوبی خوانده می شود اما پس از جوش خوردن در یک ترموول جابجا می شود، یا سنسوری که از نظر فنی درست است، اما به روشی اشتباه برای فرستنده سیم کشی شده است که تغذیه می کند.

این مقاله مکانیزم نحوه اندازه‌گیری دما را واقعاً یک PT100، تفاوت‌های عملی بین انواع سنسورهایی که بین آن‌ها انتخاب می‌کنید، و - را پوشش می‌دهد، زیرا این تئوری فقط تا اینجا - موقعیت واقعی را برای شما به ارمغان می‌آورد که اشتباه گرفتن یکی از این جزئیات باعث ایجاد مشکل قابل اندازه‌گیری در خط تولید شده است.

PT100 در واقع چیست

یک PT100 یک آشکارساز دمای مقاومتی (RTD) - یک عنصر پلاتین است که مقاومت الکتریکی آن به روشی شناخته شده و قابل تکرار با تغییرات دما تغییر می کند. "100" در نام مقدار مقاومت در 0 درجه است: دقیقا 100 اهم. آن را گرم کنید، مقاومت بالا می رود. آن را خنک کنید، مقاومت کاهش می یابد.

پلاتین تنها فلزی نیست که این کار را انجام می دهد - RTD های نیکل و مس نیز وجود دارد - اما پلاتین برای استفاده صنعتی برنده شد زیرا به راحتی اکسید نمی شود، کالیبراسیون خود را در طول سال ها چرخه حرارتی حفظ می کند و منحنی مقاومت آن به اندازه کافی تعریف شده است-که در سطح بین المللی استاندارد شده است. این استاندارد IEC 60751 است و سندی است که دیتاشیت هر سازنده معتبری به آرامی به آن ارجاع می دهد، حتی زمانی که آن را به طور کامل بیان نمی کند.

از نظر فیزیکی، عنصر در داخل یک غلاف فلزی - معمولاً 316 ضد زنگ، گاهی اوقات Inconel یا Hastelloy برای رسانه های ناخوشایند - قرار می گیرد که سیم های سربی به سمت فرستنده یا کارت ورودی آنالوگ کنترل می گذرد. خود سنسور نمایشگر و منطقی ندارد. فقط مقاومت را تغییر می دهد. همه چیز دیگر در پایین دست اتفاق می افتد.

فیزیک پشت خواندن

چرا مقاومت با دما تغییر می کند

با گرم شدن پلاتین، ارتعاشات اتمی افزایش می‌یابد، که حرکت الکترون‌ها را در شبکه دشوارتر می‌کند، مقاومت - بالا می‌رود. این رابطه در کل محدوده خطی نیست، اما به اندازه کافی نزدیک است، و به اندازه کافی{2}}به خوبی مشخص شده است که در یک معادله به جای یک جدول جستجو به تنهایی ثبت می شود: معادله تقویم-وان دوسن.

برای دماهای بالاتر از 0 درجه، شکل ساده شده به صورت زیر است:

Rt=R0 [1 + در + Bt²]

R0 برای PT100 100 اهم است و A و B ثابت های ثابت IEC 60751 هستند. زیر صفر درجه یک جمله سوم اضافه می شود زیرا منحنی در آنجا کمی متفاوت خم می شود. لازم نیست این - را به خاطر بسپارید، اما ارزش دانستن آن را دارد، زیرا به این دلیل است که یک "PT100" از یک سازنده و یک "PT100" از دیگری در یک دمای معین، به جای اینکه هر کدام منحنی خصوصی خود را داشته باشند، در واقع با یکدیگر همخوانی دارند.

یک عدد قابل یادآوری است: در 100 درجه، یک PT100 استاندارد تقریباً 138.5 اهم می خواند. اگر در حال عیب یابی حسگر با مولتی متر هستید و در دمای ۱۰۰ درجه نزدیک نیست، مشکلی وجود دارد - یا المان، سیم کشی یا فرض شما در مورد دمای واقعی آن.

همچنین یک تقسیم بندی وجود دارد که باید قبل از سفارش در مورد آن بدانید: "منحنی اروپایی" (آلفا=0.00385) استاندارد در همه جای آمریکای شمالی است، در حالی که یک "منحنی آمریکایی" قدیمی (0.00392) هنوز در برخی از تجهیزات قدیمی نشان داده می شود. اختلاط این دو در یک مقاوم سازی منبع کلاسیکی برای خواندن دمایی است که بدون هیچ دلیل واضحی چند درجه کاهش می یابد.

تبدیل مقاومت به عددی که می توانید بخوانید

یک فرستنده جریان کمی را از عنصر عبور می دهد، ولتاژ دو طرف آن را اندازه می گیرد، مقاومت را محاسبه می کند و منحنی را برای بیرون ریختن دما اعمال می کند. همین است. همچنین به همین دلیل است که PT100 بدون فرستنده یا کارت ورودی با قابلیت RTD در پشت آن اساساً بی فایده است - حسگر تنها نیمی از زنجیره اندازه گیری است.

جزئیات سیم کشی که در واقع باعث مشکلات میدانی می شود

اینجاست که بسیاری از تصمیمات خرید اشتباه می‌شوند، و به ندرت به این دلیل است که کسی بی‌دقت بوده است - این امر آشکار نیست مگر اینکه کسی به شما گفته باشد.

2-سیمارزان ترین است، اما مقاومت سیم سربی خود مستقیماً به قرائت اضافه می شود. بیش از یک کابل 30{3}} متری، این خطا دیگر بی اهمیت نیست. جریمه برای اجرای کوتاه مدت یا نظارت غیر بحرانی. برای هر چیزی که بخواهید کنترلش کنید خوب نیست.

3 سیمپیش فرض برای اکثر کارهای صنعتی است. سیم سوم به فرستنده اجازه می دهد تا مقاومت سرب را تخمین زده و از بین ببرد، با این فرض که سه هادی از نظر طول و گیج مطابقت دارند. تعادل خوبی بین هزینه و دقت، به همین دلیل است که در اکثر فرستنده‌های فرآیندی که امروزه فروخته می‌شوند، آن را خواهید یافت.

4 سیمخطای مقاومت سرب را تقریباً به طور کامل با جدا کردن سیم‌های حسگر-حمل و ولتاژ{1}}جریان حذف می‌کند. این همان چیزی است که شما برای استانداردهای مرجع کالیبراسیون یا هر جایی که کسری از یک درجه واقعاً مهم است - می‌خواهید، اما برای بسیاری از نقاط نظارت کلی هزینه‌ای بیش از حد دارد.

اشتباهی که من اغلب می بینم این است که نوع سیم کشی اشتباه را انتخاب نمی کنم - این است که یک سنسور 3 سیم را برای فرستنده ای سفارش می دهم که برای ورودی 2 سیم پیکربندی شده است یا بالعکس. حسگر و ابزار باید به توافق برسند، و وقتی تدارکات و ابزار دقیق دو فرد متفاوت از دو سند متفاوت کار می‌کنند، این جزئیات به راحتی از دست می‌رود.

سیم-زخم در مقابل عناصر لایه نازک-

سیم-زخمعناصر - سیم پلاتینی که دور یک هسته سرامیکی یا شیشه ای پیچیده شده اند - تمایل دارند کالیبراسیون را در طول عمر طولانی و نوسانات دما بسیار خوب حفظ کنند. آنها گران تر و از نظر مکانیکی کمی شکننده تر هستند.

فیلم نازک-عناصر با رسوب پلاتین بر روی یک بستر سرامیکی ساخته می شوند که از نظر روحی مشابه نحوه ساخت یک ریزتراشه است. آنها کوچکتر هستند، برای تولید در حجم ارزانتر هستند، و بهتر در برابر لرزش مقاومت می کنند - به همین دلیل است که آنها تا حد زیادی استفاده عمومی صنعتی و OEM را به خود اختصاص داده اند. مبادله-در مقایسه با سیم‌های ممتاز-محدوده دمایی باریک‌تر است، اگرچه برای اکثر کارهای فرآیندی هرگز به آن سقف نزدیک نمی‌شود.

اگر برنامه شما خفیف است - فکر کنید کانال تهویه مطبوع، لایه نازک- نظارت بر مخزن عمومی تقریباً همیشه انتخاب اقتصادی و معقولی است. سیم{4}}زخم را برای برنامه‌های کاربردی با درجه حرارت بالا یا عمر طولانی-سرویس- که پایداری اضافی هزینه‌های خود را باز می‌گرداند، ذخیره کنید.

PT100 در مقابل ترموکوپل در مقابل PT1000

خریداران تازه واردابزار دقیق دمااغلب می پرسند کدام یک از این سه را باید در واقع مشخص کنند.

در برابر الفترموکوپلیک PT100 در دقت و پایداری طولانی مدت در محدوده پایین-تا-میانگین (تقریباً -200 درجه تا 850 درجه) برنده است و نیازی به جبران اتصال سرد ندارد. ترموکوپل در جایی برنده می شود که درجه حرارت بالاتر از حد قابل تحمل پلاتین است، یا جایی که شما نیاز به پاسخ سریع تری دارید و می توانید با دقت کمتری زندگی کنید.

در برابر الفPT1000، اصل کار یکسان است - همان پلاتین، همان فیزیک - فقط 1000 اهم در 0 درجه به جای 100. این مقاومت پایه بالاتر باعث می‌شود که خطای سیم{6} به نسبت کوچک‌تر شود، بنابراین یک PT1000 اغلب می‌تواند با 2{0}1 PT جریمه سیم‌کشی دقت بدون سیم‌کشی قطع شود. این باعث می شود PT1000 یک انتخاب رایج در اتوماسیون ساختمان باشد، جایی که کابل کشی طولانی است اما شما به دنبال دقت درجه آزمایشگاهی نیستید.

یک مورد واقعی: وقتی "به اندازه کافی نزدیک" نبود

یک عملیات فرآوری مواد غذایی-که یک خط پاستوریزه را اجرا می‌کرد، برای هفته‌ها دمای دسته‌ای متناقض را دریافت می‌کرد - هیچ چیز چشمگیری نداشت، فقط چند درجه جابجایی که به طور متناوب نشان داده می‌شد و با هیچ چیز آشکاری در خود فرآیند ارتباط نداشت. تعمیر و نگهداری قبلاً یک بار سنسور را تعویض کرده بود، تصور می کرد که مشکل را برطرف کرده است و ادامه داده است. یک ماه بعد برگشت.

معلوم شد که علت واقعی سیم‌کشی بوده است، نه سنسور: PT100 3-سیم اصلی با واحدی از یک تامین‌کننده دیگر جایگزین شده بود که گیج سیم سربی آن کمی با حالت اولیه متفاوت بود، که باعث شد جبران‌سازی مقاومتی که فرستنده محاسبه می‌کرد را از بین ببرد. روی کاغذ، هر دو سنسور با مشخصات فنی مطابقت داشتند. در عمل، عدم تطابق فقط به اندازه‌ای بزرگ بود که قرائت را خارج از حد تحملی که برای زمان نگه‌داری پاستوریزه مهم است - یک پارامتر ایمنی غذا، نه یک پارامتر آرایشی، تحریک کند.

تعمیر حسگر بهتری نبود. استاندارد کردن گیج و طول سیم سربی در تمام انبارهای جایگزین برای آن خط، و اضافه کردن یک بررسی مقاومت سریع در دمای محیط به عنوان مرحله بازرسی دریافت-قبل از اینکه هر سنسور جدیدی وارد خدمت شود. درس تعمیم می‌دهد: یک PT100 فقط به اندازه کل زنجیره اندازه‌گیری اطراف آن دقیق است و «شماره قطعه یکسان» همیشه به معنای «سیم واقعی یکسان» نیست.

چه چیزی را باید قبل از سفارش بررسی کنید

برای اکثر خریداران، تصمیم به پنج سوال می رسد، تقریباً به ترتیب اهمیت:

• محدوده دمای فرآیند چقدر است و تحمل چقدر باید محکم باشد؟این تصمیم می‌گیرد که کلاس دقت - کلاس B (±0.30 درجه در 0 درجه) بیشتر نظارت‌های عمومی را پوشش می‌دهد. کلاس A یا 1/3 DIN برای حلقه های کنترلی یا فرآیندهای تنظیم شده ارزش حق بیمه را دارد.
• فرستنده یا کارت PLC شما چه سیم کشی را انتظار دارد؟این را قبل از سفارش تأیید کنید، نه بعد از - که این تنها شایع ترین علت مشکلات در زمینه قابل اجتناب است.
• مواد غلاف و قطر کاوشگر متناسب با محیط و فشار فرآیند شما چیست؟برنامه‌های خورنده یا فشار بالا معمولاً به یک ترموول نیز نیاز دارند، هم برای محافظت و هم می‌توان حسگر را بدون خاموش کردن تعویض کرد.
• آیا به یک فرستنده سر-نیاز دارید؟تبدیل به سیگنال 4-20 میلی آمپر درست در سنسور ایمنی نویز را در کابل های طولانی بهبود می بخشد و ارزش هزینه اضافی را در محیط های پر سر و صدا دارد.
• برنامه کالیبراسیون و جایگزینی شما چیست؟حسگرها در طول سالها چرخه حرارتی جابجا می شوند. فرآیندهای حیاتی معمولاً سالانه بررسی می شوند. نقاط نظارتی کم-ممکن است طولانی تر شوند.

نکات نصب ارزش دانستن را دارد

عمق درج بیش از آن چیزی است که بیشتر مردم انتظار دارند - نوک حسگر باید به جریان یا محیط واقعی برسد، نه اینکه فقط از دیواره لوله عبور کند، یا در نهایت به جای فرآیند، لایه مرزی را اندازه گیری کنید. ترموول ها در هر جایی که فشار، خوردگی یا نیاز به تعویض داغ یکی از عوامل باشد ارزش هزینه اضافی را دارند. و اگر در حال عیب یابی قرائتی هستید که به نظر خاموش می رسد، قبل از اینکه فرض کنید فرستنده یا خود فرآیند مشکل است، مقاومت را در دمای مرجع شناخته شده بررسی کنید (آب یخ یک مرجع 0 درجه ارزان و قابل اعتماد است).

خط پایین

فیزیک پشت یک PT100 ساده است و طی چندین دهه تغییر نکرده است - مقاومت پلاتین به طور قابل پیش بینی با دما افزایش می یابد، و این رابطه استاندارد شده است، بنابراین ابزارهای سازنده مختلف با یکدیگر موافق هستند. جایی که خریداران واقعاً اشتباه می کنند، انتخاب سنسور نیست. این جزئیات پیرامون آن است - پیکربندی سیم کشی، قوام سیم سرب، مواد غلاف برای شرایط واقعی فرآیند. آنها را درست در مرحله مشخصات دریافت کنید و بخش حسگر بخش آسان است.

اگر حسگرهای PT100 را برای یک خط یا قطعه خاصی از تجهیزات تامین می‌کنید، معمولاً به جای شماره قطعه -، محدوده دما، کلاس دقت مورد نیاز، نوع سیم‌کشی و محیط نصب را برای تامین‌کننده خود ارسال می‌کنید و معمولاً سنسوری را که کار می‌کند از سنسوری که دو بار تعویض می‌شود قبل از اینکه کسی مشکل واقعی را پیدا کند، جدا می‌کند.

سوالات متداول

آیا PT100 همان RTD است؟

بدون - PT100 یک نوع خاص از RTD است که از پلاتین با مقاومت 100 اهم در 0 درجه ساخته شده است. RTD دسته وسیع تری است که شامل حسگرهای مبتنی بر PT500، PT1000 و نیکل- یا مس- نیز می‌شود.

واقعاً سنسور PT100 چقدر دقیق است؟

کلاس B تا حدود 0.30 ± درجه در 0 درجه دقیق است. کلاس A آن را تقریباً 0.15 ± درجه سفت می کند. سنسورهای-دقت بالا 1/10 DIN به ± 0.03 درجه می‌رسند، که عمدتاً یک آزمایشگاه یا کالیبراسیون-مشخصات استاندارد است تا چیزی که نظارت بر فرآیند عمومی نیاز دارد.

آیا PT100 می تواند دمای زیر{1}}صفر را تحمل کند؟

بله، واحدهای استاندارد تا حدود -200 درجه رتبه بندی می شوند که اکثر برنامه های برودتی و زنجیره سرد را بدون نیاز به هیچ چیز تخصصی پوشش می دهد.

چرا برخی از سنسورهای PT100 به جای دو سیم، سه یا چهار سیم دارند؟

سیم‌های اضافی به ابزار اجازه می‌دهند تا مقاومت سیم سرب را کم کند، که در غیر این صورت به عنوان بخشی از سیگنال دما - یک خطایی که با طول کابل افزایش می‌یابد محاسبه می‌شود.

مراجع

• کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکیIEC 60751 - دماسنج های صنعتی مقاومتی پلاتین و سنسورهای دمای پلاتین.
• موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST).داده های مرجع مقیاس دما و دماسنج مقاومت پلاتین ITS-90.
• مهندسی امگا.راهنمای مرجع RTD (ردیاب دمای مقاومتی).
• شرکت فلوککالیبراسیون: فلسفه در عمل - دماسنج مقاومتی.