Спросите пять человек, что означает «PT100», и вы обычно получите полный ответ «какой-то датчик температуры». Это нормально, если вы просто болтаете с -, но если вы пишете спецификацию покупки, пробелы в этом ответе - это именно те места, где проблемы проявляются позже: датчик, который хорошо читается на рабочем столе, но смещается, когда он приварен к защитной гильзе, или датчик, который технически исправен, но подключен неправильно для передатчика, который он питает.
В этой статье рассказывается о том, как на самом деле PT100 измеряет температуру, о практических различиях между типами датчиков, которые вы выбираете, а также о -, поскольку теория дает вам лишь - реальную ситуацию, когда ошибка в одной из этих деталей привела к измеримой проблеме на производственной линии.
Что на самом деле представляет собой PT100
PT100 — это термометр сопротивления (RTD) -, платиновый элемент, электрическое сопротивление которого изменяется известным, повторяемым образом при изменении температуры. «100» в названии — это значение сопротивления при 0 градусах: ровно 100 Ом. Нагрейте его, сопротивление возрастет; остынет, сопротивление упадет.
Платина – не единственный металл, который делает это -, существуют также никелевые и медные термометры сопротивления -, но платина выиграла для промышленного использования, поскольку она трудно окисляется, сохраняет калибровку в течение многих лет термоциклирования, а ее кривая сопротивления достаточно хорошо-определена, что она стандартизирована на международном уровне. Этим стандартом является IEC 60751, и это документ, на который спокойно ссылается каждый уважаемый производитель, даже если они не говорят об этом прямо.
Физически элемент находится внутри металлической оболочки -, обычно из нержавеющей стали 316, иногда из инконеля или хастеллоя для ненадежных сред -, с выводными проводами, идущими к передатчику или плате аналогового ввода контроллера. Сам датчик не имеет дисплея и логики; это просто меняет сопротивление. Все остальное происходит ниже по течению.
Физика чтения
Почему сопротивление меняется с температурой
Когда платина нагревается, вибрация атомов увеличивается, что затрудняет движение электронов через решетку -, сопротивление увеличивается. Эта зависимость не является линейной во всем диапазоне, но она достаточно близка и достаточно хорошо-охарактеризована, что отражается в уравнении, а не в одной справочной таблице: уравнение Каллендара-Ван Дьюзена.
Для температур выше 0 градусов упрощенная форма выглядит так:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 составляет 100 Ом для PT100, а A и B — фиксированные константы из IEC 60751. Ниже 0 градусов добавляется третий член, поскольку кривая там изгибается немного иначе. Вам не нужно запоминать это -, но стоит знать, что оно существует, потому что именно по этой причине «PT100» от одного производителя и «PT100» от другого будут фактически согласовываться друг с другом при данной температуре, вместо того, чтобы каждый из них имел свою собственную кривую.
Стоит запомнить одну цифру: при 100 градусах стандартный PT100 показывает примерно 138,5 Ом. Если вы устраняете неисправность датчика с помощью мультиметра, а его температура далеко не равна 100 градусам, что-то не так - либо с элементом, либо с проводкой, либо с вашим предположением о том, при какой температуре он на самом деле находится.
Существует также разделение, о котором вам следует знать перед заказом: «Европейская кривая» (альфа=0.00385) является стандартом повсюду за пределами Северной Америки, в то время как более старая «Американская кривая» (0,00392) все еще отображается на некотором устаревшем оборудовании. Смешение этих двух компонентов при модернизации является классическим источником отклонения показаний температуры на несколько градусов без видимой причины.
Превращение сопротивления в число, которое можно прочитать
Передатчик пропускает небольшой ток через элемент, измеряет напряжение на нем, рассчитывает сопротивление и применяет кривую для определения температуры. Вот и все. Именно поэтому PT100 практически бесполезен без передатчика или платы ввода с поддержкой RTD--, - датчик составляет лишь половину измерительной цепочки.
Деталь проводки, которая на самом деле вызывает проблемы на местах
Именно здесь многие решения о покупке принимаются неправильно, и это редко происходит из-за неосторожности -, это просто не очевидно, если вам кто-то не сказал.
2-проводнойсамый дешевый, но сопротивление самого провода добавляется прямо в показания. При длине кабеля более 30-метров эта ошибка уже не является тривиальной. Подходит для коротких прогонов или некритического мониторинга; не подходит для всего, что вы хотели бы контролировать.
3-проводнойиспользуется по умолчанию для большинства промышленных работ. Третий провод позволяет передатчику оценить и компенсировать сопротивление проводов, при условии, что три проводника совпадают по длине и сечению. Хороший баланс стоимости и точности, именно поэтому его можно найти в большинстве продаваемых сегодня технологических преобразователей.
4-проводнойпочти полностью устраняет ошибку сопротивления выводов за счет разделения проводов,-несущих ток, и проводов, воспринимающих напряжение-. Это то, что вам нужно для эталонных эталонов для калибровки или везде, где действительно важны доли градуса -, но это излишество и дополнительные затраты для многих общих точек мониторинга.
Ошибка, с которой я сталкиваюсь чаще всего, заключается не в выборе неправильного типа изолированной проводки -, а в заказе 3-проводного датчика для преобразователя, настроенного для 2-проводного входа, или наоборот. Датчик и прибор должны согласовываться, и эту деталь легко упустить, когда закупками и приборами занимаются два разных человека, работающие над двумя разными документами.
Проволочные-намоточные и тонко-пленочные элементы
Проволочная-намоткаэлементы - платиновая проволока, намотанная на керамический или стеклянный сердечник -, как правило, очень хорошо выдерживает калибровку в течение длительного срока службы и при больших перепадах температур. Они дороже и немного более хрупкие механически.
Тонкая-пленкаЭлементы изготавливаются путем нанесения платины на керамическую подложку, что по сути похоже на создание микрочипа. Они меньше, их дешевле производить в больших объемах и они лучше выдерживают вибрацию -, поэтому они в значительной степени завоевали широкое промышленное и OEM-использование. Компромиссом-является более узкий номинальный температурный диапазон по сравнению с версиями с проволочной-намоткой премиум-класса, хотя для большинства технологических процессов этот потолок фактически никогда не достигается.
Если ваше применение является мягким, - например, воздуховоды для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, - тонкая- пленка для общего мониторинга резервуаров почти всегда является экономичным и разумным выбором. Экономьте проволочную-намотку при работе при высоких-температурах или при длительном-обслуживании-сроке службы, где дополнительная стабильность окупает свою стоимость.
PT100 против термопары против PT1000
Покупатели впервые втемпературные приборычасто спрашивают, какой из этих трех им действительно следует указать.
Противтермопара, PT100 выигрывает по точности и долговременной-стабильности в нижнем---диапазоне (примерно от -200 до 850 градусов) и не требует компенсации холодного спая. Термопара выигрывает там, где температура превышает возможности платины, или там, где вам нужен более быстрый отклик и вы можете работать с меньшей точностью.
ПротивПТ1000, принцип работы идентичен - та же платина, та же физика - только 1000 Ом при 0 градусах вместо 100. Более высокое базовое сопротивление делает ошибку свинцового-провода пропорционально меньшей, поэтому PT1000 часто может обойтись 2-проводной проводкой без потери точности, как у PT100. Это делает PT1000 распространенным выбором для автоматизации зданий, где длина кабелей велика, но вы не гонитесь за точностью лабораторного уровня.
Реальный случай: когда «достаточно близко» не было
На предприятии по переработке пищевых продуктов-на линии пастеризации в течение нескольких недель наблюдались противоречивые показания температуры партии -, ничего страшного, всего лишь отклонение в несколько градусов, которое появлялось время от времени и не коррелировало ни с чем очевидным в самом процессе. Техническое обслуживание уже однажды поменяло датчик, предположило, что это устранило проблему, и двинулось дальше. Оно вернулось через месяц.
Фактической причиной оказалась проводка, а не датчик: исходный 3-проводной PT100 был заменен устройством от другого поставщика, сечение проводов которого немного отличалось от исходного, что привело к нарушению компенсации сопротивления вывода, которую рассчитывал датчик. На бумаге оба датчика соответствовали спецификациям. На практике несоответствие было достаточно большим, чтобы вывести показания за пределы допуска, который имел значение для времени выдержки пастеризации - как параметра безопасности пищевых продуктов, а не косметического.
Исправление заключалось не в улучшении датчика. Было стандартизировано сечение и длина подводящих проводов для всех запасных частей для этой линии, а также добавлена быстрая проверка сопротивления при температуре окружающей среды в качестве этапа -приемной проверки перед вводом в эксплуатацию любого нового датчика. Урок обобщает: PT100 имеет такую же точность, как и вся измерительная цепочка вокруг него, и «один и тот же номер детали» не всегда означает «один и тот же фактический провод».
Что на самом деле нужно проверить перед заказом
Для большинства покупателей решение сводится к пяти вопросам, примерно в таком порядке важности:
- Каков диапазон температур процесса и насколько жесткими должны быть допуски?Это определяет класс точности - Класс B (±0,30 градуса при 0 градусах) охватывает наиболее общий мониторинг; Класс A или 1/3 DIN стоит дополнительных затрат для контуров управления или регулируемых процессов.
- Какая проводка предусмотрена для вашего преобразователя или карты ПЛК?Подтвердите это перед заказом, а не после -, это самая распространенная причина проблем с полями, которых можно избежать.
- Какой материал оболочки и диаметр зонда подходят для вашей технологической среды и давления?В условиях коррозии или высокого-давления обычно также требуется защитная гильза, как для защиты, так и для того, чтобы датчик можно было заменить без отключения.
- Вам нужен передатчик,-монтируемый на голове?Преобразование в сигнал 4–20 мА непосредственно на датчике повышает помехозащищенность при длинных кабелях и оправдывает дополнительные затраты в условиях электрического шума.
- Каков ваш план калибровки и замены?Датчики дрейфуют в течение многих лет термоциклирования. Критические процессы обычно проверяются ежегодно; точки мониторинга с низкими-ставками могут длиться дольше.
Примечания по установке, которые стоит знать
Глубина погружения имеет большее значение, чем большинство людей ожидает - чувствительный наконечник должен проникать в реальный поток или среду, а не просто протыкать стенку трубы, иначе в конечном итоге вам придется измерять пограничный слой, а не сам процесс. Защитные гильзы оправдывают дополнительные затраты в тех случаях, когда важным фактором является давление, коррозия или необходимость горячей-замены. А если вы устраняете неполадки в показаниях, которые кажутся неправильными, проверьте сопротивление при известной эталонной температуре (ледяная вода — это дешевый и надежный эталон при 0 градусах), прежде чем предполагать, что проблема в датчике или самом процессе.
Итог
Физика, лежащая в основе PT100, проста и не менялась десятилетиями - сопротивление платины предсказуемо возрастает с температурой, и это соотношение стандартизировано, поэтому инструменты разных производителей согласуются друг с другом. На самом деле покупатели ошибаются не в выборе самого датчика; это детали, связанные с - конфигурацией проводки, консистенцией подводящего провода, материалом оболочки для реальных условий технологического процесса. Получите их прямо на этапе спецификации, и сенсорная часть станет самой простой частью.
Если вы приобретаете датчики PT100 для конкретной линии или оборудования, отправляйте поставщику диапазон температур, требуемый класс точности, тип проводки и среду установки -, а не просто номер детали -, что обычно отличает работающий датчик от датчика, который заменяют дважды, прежде чем кто-то обнаружит реальную проблему.
Часто задаваемые вопросы
Является ли PT100 тем же самым, что и RTD?
Нет - PT100 — это особый тип термометра сопротивления, изготовленный из платины с сопротивлением 100 Ом при 0 градусах. RTD – более широкая категория, в которую также входят датчики PT500, PT1000 и датчики на основе никеля- или меди-.
Насколько точен датчик PT100 на самом деле?
Класс B имеет точность примерно ±0,30 градуса при 0 градусах. Класс А ужесточает это значение примерно до ±0,15 градуса. Высокоточные-датчики 1/10 DIN достигают ±0,03 градуса, что в основном соответствует лабораторным или калибровочным-стандартным характеристикам, а не что-то, что требуется для общего мониторинга процессов.
Может ли PT100 выдерживать минусовые температуры-?
Да, стандартные устройства рассчитаны на температуру примерно до -200 градусов, что соответствует большинству криогенных приложений и применений холодовой цепи без необходимости использования каких-либо специальных средств.
Почему некоторые датчики PT100 имеют три или четыре провода вместо двух?
Дополнительные провода позволяют прибору вычитать сопротивление самого подводящего провода, которое в противном случае учитывалось бы как часть сигнала температуры - — ошибка, которая увеличивается с длиной кабеля.
Ссылки
- Международная электротехническая комиссия.IEC 60751 - Промышленные платиновые термометры сопротивления и платиновые датчики температуры.
- Национальный институт стандартов и технологий (NIST).Температурная шкала ITS-90 и справочные данные платиновой термометрии сопротивления.
- Омега Инжиниринг.Справочное руководство RTD (термометрический детектор сопротивления).
- Корпорация Флюк.Калибровка: философия на практике - Термометрия сопротивления.
