Запитайте п’ятьох людей, що означає «PT100», і зазвичай ви отримаєте повну відповідь «якийсь датчик температури». Це добре, якщо ви просто спілкуєтеся в чаті -, але якщо ви пишете специфікацію покупки, прогалини у цій відповіді полягають саме в тому, де проблеми з’являються пізніше: датчик, який добре читає на стенді, але дрейфує, коли його приварюють до термогільзи, або датчик, який технічно правильний, але неправильно підключений до передавача, який він живить.
Ця стаття охоплює механіку того, як PT100 фактично вимірює температуру, практичні відмінності між типами датчиків, між якими ви обиратимете, і -, оскільки теорія допомагає лише - реальній ситуації, коли помилка в одній із цих деталей спричинила вимірну проблему на виробничій лінії.
Що таке PT100 насправді
PT100 — це резистивний температурний детектор (RTD) - платиновий елемент, електричний опір якого змінюється відомим повторюваним чином зі зміною температури. «100» у назві — це значення опору при 0 градусах: рівно 100 Ом. Нагрівається, опір зростає; охолодіть його, опір падає.
Платина — не єдиний метал, який робить це - також існують нікелеві та мідні RTD -, але платина виграла для промислового використання, оскільки вона не легко окислюється, зберігає своє калібрування протягом багатьох років термічного циклу, а її крива опору є достатньо чіткою-, тому її стандартизовано на міжнародному рівні. Цим стандартом є IEC 60751, і це документ, на який тихо посилаються всі авторитетні виробники, навіть якщо вони не говорять про це прямо.
Фізично елемент знаходиться в металевій оболонці - зазвичай з нержавіючої сталі 316, іноді інконель або хастеллой для неприємних носіїв - з дротами, що йдуть до передавача або плати аналогового входу контролера. Сам датчик не має дисплея і логіки; це просто змінює опір. Все інше відбувається за течією.
Фізика за читанням
Чому опір змінюється з температурою
Коли платина нагрівається, атомна вібрація посилюється, що ускладнює рух електронів через решітку - опір зростає. Цей зв’язок не є лінійним у всьому діапазоні, але він досить близький і достатньо добре-охарактеризований, щоб його було враховано в рівнянні, а не в одній таблиці пошуку: рівняння Каллендара-Ван Дузена.
Для температур вище 0 градусів спрощена форма:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 дорівнює 100 Ом для PT100, а A і B є фіксованими константами з IEC 60751. Нижче 0 градусів додається третій член, оскільки там крива згинається трохи по-іншому. Вам не потрібно запам’ятовувати це -, але варто знати, що воно існує, тому що це причина, чому «PT100» від одного виробника та «PT100» від іншого фактично погоджуватимуться один з одним за певної температури, замість того, щоб кожен мав власну криву.
Одне число, яке варто запам’ятати: при 100 градусах стандартний PT100 показує приблизно 138,5 Ом. Якщо ви вирішуєте несправність датчика за допомогою мультиметра, і він не наближається до того, що повинно бути 100 градусів, щось не так - елемент, електропроводка або ваше припущення щодо фактичної температури.
Існує також поділ, про який слід знати перед замовленням: «європейська крива» (альфа=0.00385) є стандартом скрізь за межами Північної Америки, тоді як старіша «американська крива» (0,00392) все ще відображається на деякому застарілому обладнанні. Змішування обох під час модернізації є класичним джерелом вимірювання температури, яке відхиляється на кілька градусів без видимої причини.
Перетворення опору на число, яке можна прочитати
Передавач пропускає невеликий струм через елемент, вимірює напругу на ньому, обчислює опір і застосовує криву, щоб виділити температуру. Ось і все. Ось чому PT100 практично марний без передавача чи вхідної плати із сумісною RTD- - датчик є лише половиною вимірювального ланцюга.
Деталі електропроводки, які насправді спричиняють проблеми на місці
Саме тут багато рішень про покупку йдуть неправильно, і це рідко відбувається через необережність - це просто неочевидно, якщо хтось вам не сказав.
2-провіднийє найдешевшим, але опір самого провідного дроту додається безпосередньо до показань. Понад 30-метрів кабелю така помилка вже не тривіальна. Добре підходить для коротких серій або некритичного моніторингу; не підходить для всього, що ви хотіли б контролювати.
3-х провіднийє типовим для більшості промислових робіт. Третій провід дозволяє передавачу оцінити та скасовувати опір проводу, припускаючи, що три провідники збігаються за довжиною та діаметром. Хороший баланс вартості та точності, тому це те, що ви знайдете на більшості передавачів процесу, які продаються сьогодні.
4-х провідниймайже повністю усуває похибку опору проводу, відокремлюючи дроти-підведення струму та-чутливості до напруги. Це те, що вам потрібно для еталонних калібрувальних стандартів або будь-яких інших частин градуса, які насправді мають значення -, але це надмірно й додаткова вартість для багатьох загальних точок моніторингу.
Помилка, яку я бачу найчастіше, полягає не в тому, що вибрано неправильний тип ізоляції -, а в замовленні 3-провідного датчика для передавача, який налаштовано на 2-провідний вхід, або навпаки. Датчик і інструмент повинні узгоджуватися, і цю деталь легко не помітити, коли закупівля та приладдя — це дві різні людини, які працюють над двома різними документами.
Дротова-рана проти тонких-елементів плівки
Дріт{0}}намотанийелементи - платиновий дріт, намотаний навколо керамічного або скляного сердечника -, як правило, надзвичайно добре тримає калібрування протягом тривалого терміну служби та великих коливань температури. Вони дорожчі і трохи крихкіші механічно.
Тонка{0}}плівкаелементи виготовляються шляхом нанесення платини на керамічну підкладку, подібно до того, як будується мікрочіп. Вони менші, дешевші у виробництві та краще витримують вібрацію -, тому вони значною мірою зайняли загальне промислове та OEM-використання. Компроміс- полягає в нижчому номінальному температурному діапазоні порівняно з преміальними дротовими-версіями, хоча для більшості технологічних робіт ця межа насправді ніколи не досягається.
Якщо ваше застосування є м’яким - подумайте, що повітропроводи систем опалення, вентиляції, вентиляції та кондиціонування, - тонка-плівка загального моніторингу резервуарів майже завжди є економічним і розумним вибором. Зберігайте дріт-намотаний для високих-температур або тривалих-служб-додатків, де додаткова стабільність окупає витрати.
PT100 проти термопари проти PT1000
Покупці новачкитемпературні приладичасто запитують, який із цих трьох їм насправді слід указати.
Проти атермопараPT100 виграє за точністю й довгостроковою-стабільністю в низькому-–-середньому діапазоні (приблизно -від 200 градусів до 850 градусів) і не потребує компенсації холодного спаю. Термопара виграє там, де температура стає вищою, ніж може витримати платина, або там, де потрібна швидша відповідь і можна жити з меншою точністю.
Проти аPT1000, принцип роботи ідентичний - та сама платина, та ж фізика - лише 1000 Ом при 0 градусах замість 100. Цей вищий базовий опір робить похибку свинцевого-дроту пропорційно меншою, тому PT1000 часто можна обійти 2-дротовою проводкою без втрати точності, яку мав би PT100. Це робить PT1000 звичайним вибором для автоматизації будівель, де кабелі довгі, але ви не прагнете за точністю лабораторного рівня.
Реальний випадок: коли «досить близько» не було
Під час-переробки харчових продуктів на лінії пастеризації отримували суперечливі показання температури партії протягом тижнів -. Нічого драматичного, лише кілька градусів дрейфу, який виявлявся періодично та не корелювався ні з чим очевидним у самому процесі. Технічне обслуговування вже замінило датчик один раз, припустило, що це вирішило проблему, і пішло далі. Це повернулося через місяць.
Виявилося, що справжньою причиною була проводка, а не датчик: оригінальний 3-дротовий PT100 було замінено блоком від іншого постачальника, діаметр дроту якого дещо відрізнявся від оригінального, через що компенсація-опору проводу, яку розраховував передавач, змінилася. На папері обидва датчики відповідають специфікаціям. На практиці розбіжність була достатньо великою, щоб вивести показання за межі допустимого відхилення, яке має значення для часу витримки пастеризації - параметра безпеки харчових продуктів, а не косметичного.
Виправлення не було кращим датчиком. Він стандартизував калібр і довжину проводів для всіх запасних частин для цієї лінії, а також додав швидку перевірку опору за температури навколишнього середовища як етап -перевірки перед тим, як будь-який новий датчик почав використовуватися. Урок узагальнює: PT100 настільки точний, наскільки точний весь ланцюжок вимірювань навколо нього, і «однаковий номер деталі» не завжди означає «той самий фактичний провід».
Що насправді потрібно перевірити перед замовленням
Для більшості покупців рішення зводиться до п’яти питань, приблизно в такому порядку важливості:
- Який діапазон температур процесу та наскільки жорстким має бути допуск?Це визначає клас точності - Клас B (±0,30 градуса при 0 градусах) охоплює найбільш загальний моніторинг; Клас A або 1/3 DIN вартує премії для контурів керування або регульованих процесів.
- Яка проводка передбачає ваш передавач або плату ПЛК?Перевірте це перед замовленням, а не після -, це єдина найпоширеніша причина проблем із полями, яких можна уникнути.
- Який матеріал оболонки та діаметр зонда відповідають вашим технологічним середовищам і тиску?Застосування під впливом корозії або високого{0}}тиску зазвичай потребують також термогільзи як для захисту, так і для того, щоб датчик можна було замінити без відключення.
- Вам потрібен передавач-на голові?Перетворення сигналу 4-20 мА прямо на датчику покращує перешкодостійкість на довгих кабелях і варте додаткових витрат у середовищах з електричним шумом.
- Який у вас план калібрування та заміни?Датчики дрейфують протягом багатьох років теплового циклу. Критичні процеси зазвичай перевіряються щорічно; точки моніторингу низьких-ставок можуть працювати довше.
Примітки щодо встановлення, які варто знати
Глибина введення має більше значення, ніж очікує більшість людей - чутливий наконечник має досягати фактичного потоку чи середовища, а не просто проштовхувати стінку труби, інакше ви вимірюватимете межовий шар замість процесу. Термогільзи варті додаткових витрат у будь-якому випадку, якщо тиск, корозія або необхідність заміни в гарячому режимі є фактором. І якщо ви усуваєте несправність із показанням, яке здається неправильним, перевірте опір за відомої еталонної температури (крижана вода є дешевим і надійним еталонним показником 0 градусів), перш ніж вважати, що проблема в передавачі або в самому процесі.
Підсумок
Фізика, що лежить в основі PT100, проста і не змінювалася десятиліттями - опір платини передбачувано зростає з температурою, і це співвідношення стандартизовано, тому прилади від різних виробників узгоджуються один з одним. Те, де покупці помиляються, це не сам вибір датчика; це деталі навколо нього - конфігурація проводки, консистенція свинцевого дроту, матеріал оболонки для фактичних умов процесу. Отримайте це правильно на етапі специфікації, а сенсорна частина – це найлегша частина.
Якщо ви купуєте датчики PT100 для певної лінії або частини обладнання, надішліть своєму постачальнику температурний діапазон, необхідний клас точності, тип проводки та середовище встановлення -, а не номер деталі -, як правило, це те, що відрізняє робочий датчик від датчика, який двічі замінюють, перш ніж хтось виявить справжню проблему.
Часті запитання
Чи PT100 те саме, що RTD?
Ні - PT100 – це окремий тип RTD, виготовлений із платини з опором 100 Ом при 0 градусах. RTD – це ширша категорія, яка також включає датчики PT500, PT1000 і нікелеві- або мідні-сенсори.
Наскільки точний датчик PT100 насправді?
Клас B має точність приблизно ±0,30 градуса при 0 градусах. Клас А затягує це приблизно до ±0,15 градуса. Високоточні-сенсори 1/10 DIN досягають ±0,03 градуса, що здебільшого є стандартною специфікацією-лабораторії чи калібрування, а не тим, що потрібно для загального моніторингу процесу.
Чи може PT100 витримати мінус-температуру?
Так, стандартні одиниці розраховані на приблизно -200 градусів, що охоплює більшість кріогенних систем і систем холодового ланцюга без потреби в будь-якому спеціалізованому.
Чому деякі датчики PT100 мають три або чотири дроти замість двох?
Додаткові дроти дозволяють приладу віднімати опір самого провідного дроту, який інакше враховується як частина сигналу температури - помилка, яка зростає з довжиною кабелю.
Список літератури
- Міжнародна електротехнічна комісія.IEC 60751 - Промислові платинові термометри опору та платинові датчики температури.
- Національний інститут стандартів і технологій (NIST).Температурна шкала ITS-90 і довідкові дані платинової термометрії опору.
- Омега Інжиніринг.RTD (резистивний температурний детектор) Довідковий посібник.
- Корпорація Fluke.Калібрування: філософія на практиці - Термометрія опору.
