Измерване на температура с RTD и PT100 е метод за определяне на температурата чрез предсказуемата промяна в електрическото съпротивление на чист метал, най-често платина.
Датчиците за температура чрез съпротивление (RTD) са основните сензори за процесни температури от около −200 °C до 850 °C, диапазон, в който точността и дългосрочната стабилност имат по-голямо значение от скоростта на отговор.
Разбирането на връзката съпротивление, температура, конфигурацията на окабеляване и класът на толерантност е съществено за задаване на сензор, който действително доставя точността, необходима за процеса.
Платината, както повечето чисти метали, има електрическо съпротивление, което нараства почти линеарно с температурата. Прецизният резистивен елемент се навива или нанася в известен модел, така че съпротивлението му при всяка температура може да се предскаже от стандартна крива.
Промушването на малък, стабилен възбуждащ ток през елемента и измерването на спадa на напрежението дава стойност на съпротивлението, която предавателят преобразува в показание за температура, използвайки уравнението на Календър, Ван Дузен.
Тъй като връзката е физично свойство на метала, а не деликатна калибровъчна крива, RTD-сензорите запазват своята точност години наред, ако елементът не е механично или химически повреден.
„PT“ означава платина; числото е номиналното съпротивление в омове при 0 °C. PT100 показва 100,00 ома при 0 °C; PT1000 показва 1000,00 ома при 0 °C. И двата следват един и същ температурен коефициент, така че PT1000 просто дава десет пъти по-голяма промяна на сигнала за градус.
Температурният коефициент на съпротивлението, алфа, определя средната дробна промяна на съпротивлението за градус Целзий между 0 °C и 100 °C. Две криви доминират в индустриалната употреба:
Смесването на криви в конфигурацията на предавателя е честа основна причина за показание за температура, което системно е с няколко градуса в страни, въпреки че сензорът мери правилно при калибровъчната точка. Винаги потвърждавайте, че стойността на алфа съвпада между сензора и предавателя, а не само базовата стойност PT100/PT1000.
Тъй като RTD измерва съпротивление, всяко съпротивление в свързващите проводници се добавя директно към измерената стойност, освен ако веригата не го компенсира. Медният проводник има съпротивление около 0,08 ома на метър за единичен проводник 0,5 mm², и това съпротивление се променя с околната температура по трасето на кабела, добавяйки допълнителен дрейф.
| Конфигурация | Компенсация на грешката от проводниците | Типично въздействие върху точността | Честа употреба |
|---|---|---|---|
| 2-жилна | Няма; съпротивлението на проводниците се добавя директно към показанието | При PT100 (алфа 0,00385) всеки ом общо съпротивление на проводниците измества показанието с приблизително 2,6 °C; трасe с 1,2 ома (около 50 м тънък меден проводник в двете посоки) може да добави 3 °C грешка | Къси трасета, нискобюджетни ОВК, PT1000 сензори, където относителната грешка е малка |
| 3-жилна | Отмяна в стил мост, която предполага равно съпротивление в двата проводника | Остатъчната грешка е само от несъответствие между проводниците; обикновено малка, когато и двата проводника са с еднаква дължина и сечение | Стандарт за индустриални процесни предаватели |
| 4-жилна | Пълно Келвиново (Kelvin) измерване премахва напълно съпротивлението на проводниците | Почти нулева грешка от проводниците, ограничена само от точността на предавателя | Калибрационни лаборатории, трансфери на собственост (custody transfer), критични процесни вериги |
За всяко трасе над няколко метра при PT100, 3-жилната връзка е практическият минимум. Четирижилната се запазва за измервания от референтен клас, тъй като допълнителният проводник рядко оправдава своята цена в рутинни процесни точки.
IEC 60751 дефинира класове толерантност, които посочват максимално допустимото отклонение от стандартната крива при дадена температура. Толерантността не е фиксирано число; тя се разширява с увеличаване на температурата.
| Клас | Формула за толерантност (°C) | Толерантност при 0 °C | Толерантност при 400 °C |
|---|---|---|---|
| Клас AA (1/3 DIN) | ±(0,10 + 0,0017 × |t|) | ±0,10 °C | ±0,78 °C |
| Клас A | ±(0,15 + 0,002 × |t|) | ±0,15 °C | ±0,95 °C |
| Клас B | ±(0,30 + 0,005 × |t|) | ±0,30 °C | ±2,30 °C |
Клас B е общоиндустриалният стандарт и е достатъчен за повечето контролните вериги. Клас A или AA се специфицира там, където са необходими тесни контролни граници или точност за трансфер на собственост, например на изхода на нагревател или в фискална измервателна установка. Елементите от клас AA обикновено струват повече и са по-чувствителни към инсталационни напрежения, така че прекалено високите изисквания към толерантността в не-критични вериги добавят разходи без полза.
Възбуждащият ток, използван за измерване на съпротивлението, също разсейва мощност в елемента (I²R), повишавайки температурата му леко над процесната, която измерва.
Самонагряването се характеризира с константа на разсейване в mW/°C, която варира значително в зависимост от конструкцията на елемента, дизайна на обвивката и дали сензорът е в бързо течаща течност или във все още въздух; добре монтирани индустриални сензори в течаща течност обикновено разсейват повече мощност на градус самонагряване (по-висока константа) отколкото гол елемент във все още въздух.
В течности с добро топлообменяване грешката от самонагряване обикновено е под 0,05 °C; във все още въздух или при лошо проводима обвивка може да надхвърли 1 °C.
Поддържането на нисък възбуждащ ток (обикновено под 1 mA) и осигуряването на добър топлинен контакт между върха на сензора и процеса, включително правилна дълбочина на потапяне и добре пасваща термова жаба (thermowell), правят тази грешка незначителна.
Лошото прилягане на thermowell е също една от най-честите причини за бавен термичен отговор и закъснение в показанията, отбелязвани при прегледа на състоянието на съоръжението.
Вкарването на RTD-сигнал в система за мониторинг, свързана с CMMS, позволява на екипа по поддръжка да проследява действителния дрейф на сензора във времето, вместо да реагира само когато показанието изглежда явно погрешно.
Когато се открие устойчив дрейф или отклонение извън толеранса, автоматично генерирана заявка за работа в платформа като Book a Fabrico demo насочва задачи за калибриране или замяна преди отклонението да повлияе на качеството на продукта или да задейства спиране.
RTD и термодвойките решават същия проблем с различни компромиси и изборът обикновено зависи от обхвата, точността и времето за отговор.
За общ контрол на процеси между −200 °C и 500 °C, където точността и дългосрочната стабилност дават стойност, RTD почти винаги е по-добрият подразбиращ се избор.
И двата използват една и съща платинова крива съпротивление, температура и опции за коефициент, но PT100 показва 100 ома при 0 °C, докато PT1000 показва 1000 ома при 0 °C. PT1000 дава по-голяма промяна на съпротивлението на градус, което прави 2-жилната грешка от съпротивлението на проводниците много по-маловажна при дълги кабелни трасета.
Най-честата причина е несъответствие на коефициента алфа, конфигуриране на предавателя за 0.00392, когато монтираният сензор използва стандарта IEC 60751 0.00385, или обратно. Това поражда температурно зависима грешка, която се увеличава с отдалечаването от 0 °C, въпреки че самият сензор е в добро състояние.
Да, за голямото мнозинство индустриални вериги. Трижилното окабеляване отстранява съпротивлението на проводниците, стига и двата проводника да са с еднаква дължина и сечение, оставяйки само малка остатъчна грешка. Четирижилното се запазва за приложения от калибровъчен клас или при трансфер на собственост.
Клас B (±0,30 °C при 0 °C, като се разширява с температурата) е подходящ за общ мониторинг на процеса и повечето контролните вериги. Клас A или AA трябва да се специфицират само там, където контролната граница е тясна или измерването се използва за фискални или критични за безопасността изчисления, тъй като по-строгите класове струват повече и са по-чувствителни на механично напрежение при инсталация.
Вход
Блог
