שאל חמישה אנשים מה המשמעות של "PT100" ובדרך כלל תקבל "איזשהו חיישן טמפרטורה" בתור התשובה המלאה. זה בסדר אם אתה רק משוחח - אבל אם אתה זה שכותב את מפרט הרכישה, הפערים בתשובה הזו הם בדיוק המקום שבו הבעיות מופיעות מאוחר יותר: חיישן שקורא בסדר על הספסל אבל נסחף ברגע שהוא מרותך לתא חום, או כזה שהוא נכון מבחינה טכנית אבל חוט בצורה לא נכונה עבור המשדר שהוא מזין.
מאמר זה מכסה את המכניקה של האופן שבו PT100 מודד טמפרטורה בפועל, את ההבדלים המעשיים בין סוגי החיישנים שבהם תבחר, ו-- מכיוון שהתיאוריה רק מביאה לך עד כה - מצב אמיתי שבו טעות באחד מהפרטים האלה גרמה לבעיה ניתנת למדידה בקו ייצור.
מה זה בעצם PT100
PT100 הוא גלאי טמפרטורת התנגדות (RTD) - אלמנט פלטינה שההתנגדות החשמלית שלו משתנה בצורה ידועה וניתנת לחזרה עם שינויי טמפרטורה. ה-"100" בשם הוא ערך ההתנגדות ב-0 מעלות: בדיוק 100 אוהם. לחמם אותו, ההתנגדות מטפסת; לקרר אותו, ההתנגדות יורדת.
פלטינה היא לא המתכת היחידה שעושה את זה - RTDs ניקל ונחושת קיימים גם - אבל הפלטינה זכתה לשימוש תעשייתי מכיוון שהיא לא מתחמצנת בקלות, מחזיקה בכיול שלה לאורך שנים של מחזוריות תרמית, ועקומת ההתנגדות שלה מוגדרת היטב- כדי שהיא עברה סטנדרטיזציה בינלאומית. התקן הזה הוא IEC 60751, וזה המסמך שכל גליון נתונים של יצרן מכובד מפנה בשקט גם כאשר הם לא אומרים זאת בפה מלא.
מבחינה פיזית, האלמנט יושב בתוך מעטפת מתכת - בדרך כלל נירוסטה 316, לפעמים Inconel או Hastelloy עבור מדיה מגעיל - עם חוטי עופרת יוצאים אל משדר או כרטיס כניסה אנלוגי של בקר. לחיישן עצמו אין תצוגה ואין לו היגיון; זה רק משנה התנגדות. כל השאר קורה במורד הזרם.
הפיזיקה שמאחורי הקריאה
מדוע ההתנגדות משתנה עם הטמפרטורה
כשהפלטינה מתחממת, הרטט האטומי גדל, מה שמקשה על האלקטרונים לנוע דרך הסריג - ההתנגדות עולה. הקשר הזה אינו ליניארי על פני כל הטווח, אבל הוא קרוב מספיק, ומאופיין מספיק- היטב, כדי שהוא נלכד במשוואה ולא בטבלת חיפוש בלבד: משוואת -ואן דוזן.
עבור טמפרטורות מעל 0 מעלות, הצורה הפשוטה היא:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 הוא 100 אוהם עבור PT100, ו-A ו-B הם קבועים קבועים מ-IEC 60751. מתחת ל-0 מעלות מתווסף איבר שלישי מכיוון שהעקומה מתכופפת מעט אחרת למטה. אתה לא צריך לשנן את זה - אבל כדאי לדעת שהוא קיים, כי זו הסיבה ש"PT100" מיצרן אחד ו-"PT100" מיצרן אחר יסכימו זה עם זה בטמפרטורה נתונה, במקום שלכל אחד יהיה עקומה פרטית משלו.
מספר אחד שכדאי לזכור: ב-100 מעלות, PT100 סטנדרטי קורא בערך 138.5 אוהם. אם אתה פותר תקלות בחיישן עם מולטימטר והוא לא מתקרב למה שצריך להיות 100 מעלות, משהו לא בסדר - או האלמנט, החיווט או ההנחה שלך לגבי הטמפרטורה שבה הוא נמצא בפועל.
יש גם פיצול שכדאי לדעת עליו לפני ההזמנה: ה"עקומה האירופית" (אלפא=0.00385) היא הסטנדרט בכל מקום מחוץ לצפון אמריקה, בעוד ש"עקומה אמריקאית" ישנה יותר (0.00392) עדיין מופיעה בציוד מדור קודם. ערבוב של השניים בשיפוץ הוא מקור קלאסי לקריאת טמפרטורה שנכבה בכמה מעלות ללא סיבה ברורה.
הפיכת התנגדות למספר שאתה יכול לקרוא
משדר מעביר זרם קטן דרך האלמנט, מודד את המתח על פניו, מחשב התנגדות ומחיל את העקומה כדי לירוק טמפרטורה. זהו. זו גם הסיבה ש-PT100 הוא בעצם חסר תועלת ללא משדר או כרטיס כניסה בעל יכולת RTD- מאחוריו - החיישן הוא רק חצי משרשרת המדידה.
פרט החיווט שגורם למעשה לבעיות בשטח
זה המקום שבו הרבה החלטות קנייה משתבשות, ולעתים רחוקות בגלל שמישהו היה רשלני - זה פשוט לא ברור אלא אם כן מישהו אמר לך.
2 חוטיםהוא הזול ביותר, אבל ההתנגדות של חוט ההובלה עצמו מתווספת ישר לקריאה. מעל 30-מטר כבל השגיאה הזו כבר לא טריוויאלית. קנס לריצות קצרות או ניטור לא קריטי; לא מתאים לכל מה שתרצה לשלוט בו.
3 חוטיםהוא ברירת המחדל עבור רוב העבודה התעשייתית. חוט שלישי מאפשר למשדר להעריך ולבטל את התנגדות העופרת, בהנחה ששלושת המוליכים מתאימים באורך ובמידות. איזון טוב בין עלות ודיוק, ולכן זה מה שתמצא ברוב משדרי התהליך הנמכרים כיום.
4 חוטיםמסיר כמעט לחלוטין את שגיאת ההתנגדות של עופרת על ידי הפרדת חוטי-הזרם והמתח-חיישת המתח. זה מה שאתה רוצה עבור תקני התייחסות לכיול או בכל מקום שחלקים של תואר חשובים למעשה - אבל זה מוגזם, ועלות נוספת, עבור הרבה נקודות ניטור כלליות.
הטעות שאני רואה לרוב היא לא לבחור את סוג החיווט השגוי בבידוד - זה להזמין חיישן 3 חוטים עבור משדר שהוגדר לכניסת 2 חוטים, או להיפך. החיישן והמכשיר חייבים להסכים, ואת הפרט הזה קל לפספס כאשר רכש ומכשור הם שני אנשים שונים שעובדים על שני מסמכים שונים.
Wire-Wound לעומת Thin-Film Elements
חוט-נפצעאלמנטים - חוטי פלטינה מפותלים סביב ליבת קרמיקה או זכוכית - נוטים להחזיק כיול טוב במיוחד לאורך חיי שירות ארוכים ותנודות טמפרטורה רחבות. הם יקרים יותר וקצת יותר שבירים מבחינה מכנית.
סרט דק-אלמנטים מיוצרים על ידי הנחת פלטינה על מצע קרמי, בדומה ברוחו לאופן שבו נבנה שבב. הם קטנים יותר, זולים יותר לייצור בנפח, ומחזיקים טוב יותר ברטט - וזו הסיבה שהם השתלטו במידה רבה על השימוש התעשייתי וה-OEM הכללי. ההחלפה- היא טווח טמפרטורות מדורג מצומצם יותר בהשוואה לגרסאות מפותלות-תיל מובחר, אם כי לרוב עבודות התהליך, התקרה הזו אף פעם לא מתקרבת.
אם היישום שלך הוא מתון - חשבו שתעלת HVAC, ניטור מיכל כללי - סרט דק- הוא כמעט תמיד הבחירה החסכונית וההגיונית. שמור את החוט-לפתול ליישומי-טמפרטורות גבוהות או-שירות-ארוך, שבהם היציבות הנוספת מחזירה את העלות שלה.
PT100 לעומת צמד תרמי מול PT1000
קונים חדשיםמכשור טמפרטורהלעתים קרובות שואלים איזה משלושת אלה הם באמת צריכים לציין.
נגד אצמד תרמי, PT100 מנצח על דיוק ויציבות-לטווח ארוך בטווח-עד-הנמוך (בערך -200 מעלות עד 850 מעלות ) ואינו דורש פיצוי על צומת קר. צמד תרמי מנצח היכן שהטמפרטורות עולות יותר ממה שפלטינה יכולה להתמודד, או היכן שאתה צריך תגובה מהירה יותר ויכול לחיות בדיוק נמוך יותר.
נגד אPT1000, עקרון העבודה זהה - אותה פלטינה, אותה פיסיקה - רק 1,000 אוהם ב-0 מעלות במקום 100. התנגדות הבסיס הגבוהה הזו הופכת את שגיאת העופרת-לקטנה באופן פרופורציונלי, כך ש-PT1000 יכול לעתים קרובות לברוח עם 2-חוט חוט ללא דיוק PT100. זה הופך את PT1000 לבחירה נפוצה באוטומציה של בניינים, שבהם מסלולי הכבלים הם ארוכים אבל אתה לא רודף אחר דיוק בדרגת מעבדה.
מקרה אמיתי: כש"קרוב מספיק" לא היה
פעולת עיבוד- של מזון שהפעילה קו פסטור קיבלה קריאות טמפרטורת אצווה לא עקביות במשך שבועות - שום דבר לא דרמטי, רק כמה דרגות של סחף שהופיעו לסירוגין ולא היו מתואמים לשום דבר ברור בתהליך עצמו. תחזוקה כבר החליפה את החיישן פעם אחת, הניחה שזה פתר את הבעיה והמשיכה הלאה. זה חזר כעבור חודש.
הסיבה האמיתית התבררה כחיווט, לא החיישן: ה-PT100 בעל 3-תיל המקורי הוחלף ביחידה מספק אחר שמד חוט ההובלה שלה היה שונה במקצת מהריצה המקורית, מה שהפיל את פיצוי ההתנגדות-של העופרת שהמשדר חישב. על הנייר, שני החיישנים עמדו במפרט. בפועל, חוסר ההתאמה היה מספיק גדול כדי לדחוף את הקריאה אל מחוץ לסובלנות שהייתה חשובה לזמן השהיית הפסטור - פרמטר של בטיחות מזון, לא פרמטר קוסמטי.
התיקון לא היה חיישן טוב יותר. זה היה סטנדרטיזציה של מד חוטי עופרת ואורך על פני כל המניות החלופיות עבור הקו הזה, והוספה בדיקת התנגדות מהירה בטמפרטורת הסביבה כשלב בדיקת קבלה- לפני שכל חיישן חדש נכנס לשירות. השיעור מכליל: PT100 מדויק כמו כל שרשרת המדידה סביבו, ו"אותו מספר חלק" לא תמיד אומר "אותו חוט בפועל".
מה באמת צריך לבדוק לפני שאתה מזמין
עבור רוב הקונים, ההחלטה מסתכמת בחמש שאלות, בערך בסדר החשיבות הזה:
- מה טווח טמפרטורת התהליך וכמה הדוקה צריכה להיות הסבילות?זה מחליט שדרגת דיוק - Class B (±0.30 מעלות ב-0 מעלות ) מכסה את רוב הניטור הכללי; Class A או 1/3 DIN שווה את הפרמיה עבור לולאות בקרה או תהליכים מוסדרים.
- לאיזה חיווט מצפים המשדר או כרטיס ה-PLC שלך?אשר זאת לפני ההזמנה, לא לאחר -. זוהי הסיבה השכיחה ביותר לבעיות שדות שניתן להימנע מהן.
- מהו חומר המעטפת וקוטר הבדיקה המתאים למדיה וללחץ התהליך שלך?יישומי מאכל או-לחץ גבוה דורשים בדרך כלל גם תא חום, הן להגנה וכך ניתן להחליף את החיישן ללא כיבוי.
- האם אתה צריך משדר-לראש?המרה לאות 4-20mA ממש על החיישן משפרת את חסינות הרעש במסלולי כבלים ארוכים ושווה את העלות הנוספת בסביבות רועשות חשמלית.
- מהי תוכנית הכיול וההחלפה שלך?חיישנים נסחפים לאורך שנים של רכיבה תרמית. תהליכים קריטיים בדרך כלל נבדקים מדי שנה; נקודות ניטור-נמוכות יכולות להימשך זמן רב יותר.
הערות התקנה שכדאי לדעת
עומק ההחדרה חשוב יותר ממה שרוב האנשים מצפים - קצה החישה צריך להגיע אל הזרימה או המדיום בפועל, לא רק לחדור דרך דופן הצינור, או שבסופו של דבר אתה מודד את שכבת הגבול במקום התהליך. Thermowells שווים את העלות הנוספת בכל מקום שבו לחץ, קורוזיה או הצורך בהחלפה חמה-מהווים גורם. ואם אתה פותר בעיות בקריאה שנראית כבויה, בדוק את ההתנגדות בטמפרטורת ייחוס ידועה (מי קרח הם התייחסות זולה ואמינה של 0 מעלות) לפני שאתה מניח שהמשדר או התהליך עצמו הוא הבעיה.
שורה תחתונה
הפיזיקה מאחורי PT100 פשוטה ולא השתנתה במשך עשרות שנים - ההתנגדות של פלטינה עולה באופן צפוי עם הטמפרטורה, והקשר הזה הוא סטנדרטי כך שמכשירים מיצרנים שונים מסכימים זה עם זה. המקום שבו הקונים ממש טועים הוא לא בחירת החיישנים עצמה; זה הפרטים שמסביבו - תצורת החיווט, עקביות חוט העופרת, חומר המעטפת עבור תנאי התהליך בפועל. קבל את אלה ממש בשלב המפרט וחלק החיישן הוא החלק הקל.
אם אתה מוצא חיישני PT100 עבור קו או ציוד ספציפי, שליחת הספק שלך את טווח הטמפרטורות, דרגת הדיוק הנדרשת, סוג החיווט וסביבת ההתקנה מראש - ולא רק מספר חלק - זה בדרך כלל מה שמפריד בין חיישן שעובד לזה שהוחלף פעמיים לפני שמישהו מוצא את הבעיה האמיתית.
שאלות נפוצות
האם PT100 זהה ל-RTD?
לא - PT100 הוא סוג אחד ספציפי של RTD, עשוי פלטינה עם התנגדות של 100 אוהם ב-0 מעלות. RTD היא הקטגוריה הרחבה יותר, הכוללת גם חיישנים מבוססי PT500, PT1000 וחיישנים מבוססי ניקל- או נחושת{{8}.
כמה מדויק באמת חיישן PT100?
Class B מדויק עד ±0.30 מעלות ב-0 מעלות. Class A מהדק את זה ל-±0.15 מעלות בערך. חיישני DIN ברמת דיוק-גבוהה מגיעים ל-±0.03 מעלות, שזה בעיקר מפרט סטנדרטי של מעבדה או כיול- ולא משהו שדרוש ניטור תהליך כללי.
האם PT100 יכול להתמודד עם טמפרטורות תת--אפס?
כן, יחידות סטנדרטיות מדורגות עד ל--200 מעלות בערך, המכסה את רוב היישומים הקריוגניים והשרשרת הקרה ללא צורך בשום דבר מיוחד.
מדוע יש בחיישני PT100 מסוימים שלושה או ארבעה חוטים במקום שניים?
החוטים הנוספים מאפשרים למכשיר להפחית את ההתנגדות של חוט ההובלה עצמו, שאחרת ייספר כחלק מאותות הטמפרטורה - שגיאה שגדלה עם אורך הכבל.
הפניות
- הועדה האלקטרוטכנית הבינלאומית.IEC 60751 - מדחום עמידות פלטינה תעשייתית וחיישני טמפרטורת פלטינה.
- המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST).נתוני התייחסות לתרמומטריית ITS-90 סולם טמפרטורה והתנגדות פלטינה.
- אומגה הנדסה.מדריך עזר RTD (גלאי טמפרטורת התנגדות).
- תאגיד פלוק.כיול: פילוסופיה בפועל - תרמומטריית התנגדות.
