Η θερμοκρασία είναι μια από τις πιο κοινές και σημαντικές παραμέτρους διεργασίας στη βιομηχανική παραγωγή. Σε βιομηχανίες όπως τα πετροχημικά, η παραγωγή ενέργειας, τα τρόφιμα και τα ποτά, τα βιοφαρμακευτικά προϊόντα, η μεταλλουργία, η κατασκευή μηχανημάτων, η νέα ενέργεια και η προστασία του περιβάλλοντος, η θερμοκρασία της διεργασίας επηρεάζει άμεσα τις συνθήκες λειτουργίας του εξοπλισμού, την ποιότητα των προϊόντων και την ασφάλεια παραγωγής. Για την ακριβή μετατροπή της θερμοκρασίας πεδίου σε τυπικά σήματα που μπορούν να αναγνωριστούν και να υποβληθούν σε επεξεργασία από συστήματα ελέγχου, οι πομποί θερμοκρασίας χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικούς αυτοματισμούς και συστήματα μέτρησης διεργασιών.
Ένας πομπός θερμοκρασίας κάνει πολύ περισσότερα από το να "εμφανίζει τη θερμοκρασία". Συνήθως αποτελείται από έναν αισθητήρα θερμοκρασίας, κύκλωμα ρύθμισης σήματος, μονάδα μετατροπής αναλογικού σε ψηφιακό, λειτουργία αντιστάθμισης θερμοκρασίας και μονάδα εξόδου. Μετατρέπει τα σήματα θερμοκρασίας από RTD ή θερμοστοιχεία σε τυπικά βιομηχανικά σήματα όπως 4-20 mA, 1-5 V DC, HART και RS485/Modbus και στη συνέχεια τα μεταδίδει σε PLC, DCS, SCADA ή άλλα συστήματα ελέγχου. Επομένως, η επιλογή ενός πομπού θερμοκρασίας περιλαμβάνει πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του τύπου αισθητήρα, του εύρους μέτρησης, της ακρίβειας, της σύνδεσης διεργασίας, του υλικού θερμοκηπίου, του σήματος εξόδου και της μεθόδου εγκατάστασης.
1. Τι είναι ένας πομπός θερμοκρασίας;
Ο πομπός θερμοκρασίας είναι ένα βιομηχανικό όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας της διεργασίας και τη μετατροπή του σήματος θερμοκρασίας σε τυπικό ηλεκτρικό ή ψηφιακό σήμα επικοινωνίας. Συνήθως χρησιμοποιείται μαζί με αισθητήρες θερμοκρασίας όπως RTD και θερμοστοιχεία. Ο πομπός αποκτά, ενισχύει, γραμμικοποιεί και αντισταθμίζει την ασθενή αντίσταση ή τα θερμοηλεκτρικά σήματα που παράγονται από τον αισθητήρα και στη συνέχεια τα μετατρέπει σε ένα τυπικό σήμα εξόδου που αντιστοιχεί στη μετρούμενη θερμοκρασία.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον κοινώς χρησιμοποιούμενο πομπό θερμοκρασίας 4-20 mA, όταν το εύρος μέτρησης έχει διαμορφωθεί από 0 έως 100 μοίρες, η 0 μοίρα αντιστοιχεί θεωρητικά σε 4 mA, ενώ η 100 μοίρα αντιστοιχεί σε 20 mA. Οι θερμοκρασίες μεταξύ αυτών των δύο σημείων μετατρέπονται σε αντίστοιχες τιμές ρεύματος σύμφωνα με τη διαμορφωμένη γραμμική σχέση. Για το σύστημα ελέγχου, το λαμβανόμενο σήμα δεν είναι το αρχικό σήμα αντίστασης ή millivolt από τον αισθητήρα, αλλά ένα τυποποιημένο σήμα που επεξεργάζεται ο πομπός θερμοκρασίας. Αυτό βελτιώνει τη μετάδοση σήματος σε μεγάλες αποστάσεις και ενισχύει τη συμβατότητα με τα βιομηχανικά συστήματα ελέγχου.
Από δομική άποψη, ένας πομπός θερμοκρασίας περιλαμβάνει γενικά μια διεπαφή εισόδου αισθητήρα, κύκλωμα ρύθμισης σήματος, μικροεπεξεργαστή, μονάδες μετατροπής A/D και D/A, μονάδα τροφοδοσίας ισχύος και μονάδα επικοινωνίας εξόδου. Σύγχρονο έξυπνοπομπούς θερμοκρασίαςμπορεί επίσης να παρέχει λειτουργίες όπως διαμόρφωση αισθητήρα, ρύθμιση εύρους, διόρθωση σημείου μηδέν, διάγνωση σφαλμάτων και αντιστάθμιση θερμοκρασίας μέσω λογισμικού.
Σε ένα σύστημα βιομηχανικού αυτοματισμού, ο πομπός θερμοκρασίας χρησιμεύει ουσιαστικά ως η μετατροπή σήματος και η διεπαφή δεδομένων μεταξύ του αισθητήρα θερμοκρασίας πεδίου και του συστήματος ελέγχου.
2. Πώς πρέπει να επιλέγεται ο αισθητήρας θερμοκρασίας πυρήνα;
Το στοιχείο μέτρησης πυρήνα ενός πομπού θερμοκρασίας είναι γενικά είτε ένα RTD είτε ένα θερμοστοιχείο. Επομένως, η επιλογή αισθητήρα επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια μέτρησης, τη σταθερότητα και την καταλληλότητα εφαρμογής. Κατά την επιλογή μηχανικής, δεν είναι σκόπιμο να ακολουθείτε απλώς τον κανόνα ότι "τα θερμοστοιχεία είναι για υψηλές θερμοκρασίες και τα RTD για χαμηλές θερμοκρασίες". Αντίθετα, οι μηχανικοί θα πρέπει να λαμβάνουν υπόψη το εύρος μέτρησης, το μέσο διεργασίας, τις απαιτήσεις ακρίβειας, τον χρόνο απόκρισης, το περιβάλλον εγκατάστασης και το συνολικό σύστημα οργάνων.
Οι RTD χρησιμοποιούν κυρίως τη σχέση μεταξύ της ηλεκτρικής αντίστασης ενός μετάλλου και της θερμοκρασίας. Μεταξύ αυτών, τα Pt100 και Pt1000 είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι. Τα RTD παρέχουν γενικά καλή ακρίβεια μέτρησης και μακροπρόθεσμη σταθερότητα και είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για εφαρμογές μεσαίας και χαμηλής θερμοκρασίας όπου απαιτείται σχετικά υψηλή ακρίβεια μέτρησης. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν δεξαμενές αποθήκευσης, εναλλάκτες θερμότητας, αγωγούς, αντιδραστήρες και εξοπλισμό επεξεργασίας τροφίμων και φαρμακευτικών προϊόντων.
Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούν το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο που δημιουργείται μεταξύ δύο διαφορετικών αγωγών για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Προσφέρουν μεγάλο εύρος θερμοκρασίας, σχετικά γρήγορη απόκριση και απλή κατασκευή. Για εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες όπως βιομηχανικοί κλίβανοι, εξοπλισμός θερμικής επεξεργασίας, λέβητες και κλίβανοι, τα θερμοστοιχεία είναι συχνά μια πιο κατάλληλη επιλογή.
Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η μηχανική δομή του αισθητήρα. Ακόμη και όταν χρησιμοποιείται ο ίδιος τύπος αισθητήρα, οι διαφορές στο μήκος του θερμικού φρεατίου, στο βάθος εισαγωγής και στην κατασκευή του αισθητηρίου στοιχείου μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά το πραγματικό αποτέλεσμα της μέτρησης. Επομένως, η επιλογή του πομπού θερμοκρασίας δεν πρέπει να εστιάζει μόνο στο αν θα χρησιμοποιηθεί PT100 ή θερμοστοιχείο. Η κατασκευή του αισθητήρα, η μέθοδος εγκατάστασης και οι συνθήκες διεργασίας πρέπει επίσης να αξιολογηθούν.
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ PT100 και PT1000;
Και τα δύο PT100 και PT1000 είναι RTD από πλατίνα. Οι αριθμοί "100" και "1000" αναφέρονται στις ονομαστικές τιμές αντίστασής τους σε 0 μοίρες. Ένα PT100 έχει ονομαστική αντίσταση 100 Ω σε 0 μοίρες, ενώ ένα PT1000 έχει ονομαστική αντίσταση 1000 Ω σε 0 μοίρες. Και οι δύο αισθητήρες χρησιμοποιούν την ίδια βασική αρχή μέτρησης: η ηλεκτρική αντίσταση της πλατίνας αλλάζει προβλέψιμα με τη θερμοκρασία.
Η πιο προφανής διαφορά είναι η τιμή αντίστασής τους. Επειδή η αντίσταση βάσης ενός PT1000 είναι υψηλότερη, η αλλαγή της αντίστασής του για μια δεδομένη αλλαγή θερμοκρασίας είναι επίσης μεγαλύτερη. Στη μέτρηση θερμοκρασίας σε μεγάλες αποστάσεις, η αντίσταση των καλωδίων σύνδεσης μπορεί να προκαλέσει σφάλματα μέτρησης. Δεδομένου ότι η αντίσταση ενός PT1000 είναι σημαντικά υψηλότερη από εκείνη ενός PT100, η σχετική επίδραση της αντίστασης του σύρματος μολύβδου είναι γενικά χαμηλότερη. Ως αποτέλεσμα, οι αισθητήρες PT1000 μπορούν να προσφέρουν πλεονεκτήματα σε ορισμένες εφαρμογές καλωδίωσης μεγάλων αποστάσεων.
Για μια διαμόρφωση RTD τριών συρμάτων, ο πομπός θερμοκρασίας μπορεί να αντισταθμίσει την αντίσταση των καλωδίων σύνδεσης, μειώνοντας έτσι την επίδραση της αντίστασης ηλεκτροδίου στην ακρίβεια μέτρησης. Μια διαμόρφωση τεσσάρων καλωδίων μπορεί να παρέχει ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια μέτρησης, αν και απαιτεί πρόσθετη καλωδίωση και μπορεί να αυξήσει το κόστος του συστήματος.
Επομένως, δεν υπάρχει απόλυτη απάντηση για το εάν το PT100 ή το PT1000 είναι "καλύτερο". Εάν μια εγκατάσταση χρησιμοποιεί ήδη αισθητήρες PT100 και η απόσταση καλωδίωσης είναι σχετικά μικρή με μέτριες απαιτήσεις ακρίβειας, συνήθως δεν χρειάζεται να μεταβείτε σε PT1000 απλώς και μόνο επειδή η αντίστασή της είναι μεγαλύτερη. Για μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις ή εφαρμογές όπου η ελαχιστοποίηση της επίδρασης της αντίστασης του ηλεκτροδίου είναι σημαντική, το PT1000 μπορεί να είναι μια καλύτερη επιλογή.
Σε όλες τις περιπτώσεις, πρέπει να επιβεβαιωθεί η συμβατότητα μεταξύ του επιλεγμένου αισθητήρα και της προδιαγραφής εισόδου του πομπού θερμοκρασίας.
4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ θερμοστοιχείων και RTD;
Αν και τα RTD και τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται ευρέως για βιομηχανική μέτρηση θερμοκρασίας, λειτουργούν σύμφωνα με εντελώς διαφορετικές αρχές. Τα RTD προσδιορίζουν τη θερμοκρασία μετρώντας τις αλλαγές στην ηλεκτρική αντίσταση, ενώ τα θερμοστοιχεία καθορίζουν τη θερμοκρασία με βάση τη θερμοηλεκτρική τάση που παράγεται από δύο διαφορετικά αγώγιμα υλικά.
Όσον αφορά την ακρίβεια μέτρησης, τα υψηλής ποιότητας RTD παρέχουν γενικά εξαιρετική ακρίβεια και σταθερότητα εντός των θερμοκρασιακών περιοχών που χρησιμοποιούνται συνήθως. Είναι επομένως κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν σχετικά ακριβή μέτρηση θερμοκρασίας. Τα θερμοστοιχεία, από την άλλη πλευρά, είναι ιδιαίτερα πλεονεκτήματα λόγω του μεγάλου εύρους μέτρησης, της γρήγορης απόκρισης και της ικανότητάς τους να λειτουργούν σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας.
Όσον αφορά τα χαρακτηριστικά του σήματος, ένα RTD παράγει μια αλλαγή στην αντίσταση αντί για ένα σήμα άμεσης τάσης, επομένως το κύκλωμα μέτρησης γενικά απαιτεί ρεύμα διέγερσης. Ένα θερμοστοιχείο παράγει μια θερμοηλεκτρική τάση σε επίπεδο millivolt. Επειδή αυτό το σήμα είναι πολύ μικρό, η μέτρηση του θερμοστοιχείου απαιτεί προσεκτική αντιστάθμιση ψυχρής σύνδεσης, ρύθμιση σήματος και έλεγχο θορύβου.
Όσον αφορά τις εφαρμογές, τα RTD όπως τα PT100 και PT1000 χρησιμοποιούνται συνήθως σε δεξαμενές αποθήκευσης, αγωγούς, εναλλάκτες θερμότητας, συμπιεστές, αντλίες, αντιδραστήρες και άλλες διαδικασίες μέσης και χαμηλής θερμοκρασίας. Θερμοζεύγη όπως Type K, Type J, Type E, Type T, Type S, Type R και Type B χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικούς κλιβάνους, κλιβάνους, εξοπλισμό θερμικής επεξεργασίας, λέβητες και άλλες διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας.
Επομένως, οι μηχανικοί θα πρέπει να επιλέγουν τον αισθητήρα σύμφωνα με το πραγματικό εύρος θερμοκρασίας της διαδικασίας, τις απαιτήσεις ακρίβειας, τον χρόνο απόκρισης και το περιβάλλον λειτουργίας αντί να επιλέγουν απλώς έναν αισθητήρα με βάση τον τύπο του εξοπλισμού.
5. Πώς πρέπει να επιλέγεται το σήμα εξόδου;
Το σήμα εξόδου ενός πομπού θερμοκρασίας καθορίζει άμεσα αν μπορεί να επικοινωνήσει σωστά με PLC, DCS, σύστημα λήψης δεδομένων ή άλλο εξοπλισμό ελέγχου. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη έξοδος σε βιομηχανικές εφαρμογές είναι το αναλογικό σήμα 4-20 mA. Άλλες επιλογές περιλαμβάνουν 4-20 mA + HART, RS485/Modbus και διάφορα ψηφιακά πρωτόκολλα επικοινωνίας.
Το σήμα 4-20 mA έχει γίνει ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα βιομηχανικά πρότυπα επειδή παρέχει καλή αντίσταση στις ηλεκτρικές παρεμβολές και είναι κατάλληλο για μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις. Σε σύγκριση με την απευθείας μετάδοση της τάσης σε επίπεδο millivolt που παράγεται από ένα θερμοστοιχείο ή του σήματος αντίστασης από ένα RTD, τα 4-20 mA παρέχουν καλύτερη συμβατότητα με πολύπλοκα βιομηχανικά περιβάλλοντα.
Η χρήση 4 mA ως το κατώτερο όριο μέτρησης παρέχει επίσης μια χρήσιμη διάκριση από μια συνθήκη μηδενικού ρεύματος. Εάν η γραμμή σήματος αποσυνδεθεί, το σύστημα ελέγχου μπορεί να εντοπίσει την ανώμαλη τρέχουσα κατάσταση και να προσδιορίσει ότι μπορεί να έχει προκύψει σφάλμα.
Εάν η εφαρμογή απαιτεί όχι μόνο μετάδοση θερμοκρασίας αλλά και διαμόρφωση οργάνου, ρύθμιση εύρους, διαγνωστικά ή πρόσβαση σε πρόσθετες παραμέτρους της συσκευής, μπορεί να εξεταστεί ο πομπός θερμοκρασίας 4-20 mA + HART. Το HART προσθέτει ψηφιακή επικοινωνία πάνω από το συμβατικό αναλογικό σήμα 4-20 mA, επιτρέποντας πιο ολοκληρωμένη διαμόρφωση και διάγνωση οργάνων.
Για έξυπνα εργοστάσια, δικτύωση εξοπλισμού και συστήματα απόκτησης ψηφιακών δεδομένων, το RS485/Modbus μπορεί να ληφθεί υπόψη όταν το PLC ή ο εξοπλισμός απόκτησης δεδομένων υποστηρίζει το αντίστοιχο πρωτόκολλο. Η ψηφιακή επικοινωνία μπορεί να μεταδώσει δεδομένα θερμοκρασίας απευθείας σε ψηφιακή μορφή, μαζί με ορισμένες πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση της συσκευής και τις διαγνωστικές πληροφορίες, καθιστώντας την κατάλληλη για ορισμένες εφαρμογές λήψης δεδομένων πολλών σημείων.
Επομένως, η επιλογή του σήματος εξόδου δεν πρέπει να βασίζεται αποκλειστικά στον ίδιο τον πομπό. Θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη η μονάδα εισόδου του συστήματος ελέγχου, το πρωτόκολλο επικοινωνίας, η απόσταση μετάδοσης και η συνολική αρχιτεκτονική δικτύου.
6. Ποια υλικά Thermowell είναι διαθέσιμα;
Οι αισθητήρες θερμοκρασίας γενικά απαιτούν ένα θερμοπηγάδι ή προστατευτικό σωλήνα για την απομόνωση και την προστασία του αισθητηρίου στοιχείου από το μέσο επεξεργασίας. Το θερμοπηγάδι όχι μόνο παρέχει μηχανική προστασία αλλά επηρεάζει άμεσα τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία μέτρησης του αισθητήρα θερμοκρασίας. Σε χημικές, πετρελαϊκές, φαρμακευτικές και βιομηχανικές εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες, η επιλογή των υλικών θερμικών πηγαδιών είναι ιδιαίτερα σημαντική.
Τα κοινά υλικά θερμικών πηγαδιών περιλαμβάνουν τον ανοξείδωτο χάλυβα 304, τον ανοξείδωτο χάλυβα 316L και διάφορα ειδικά κράματα. 304 ο ανοξείδωτος χάλυβας παρέχει καλή συνολική απόδοση και είναι κατάλληλος για γενικά βιομηχανικά περιβάλλοντα. 316Ο ανοξείδωτος χάλυβας L προσφέρει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση και είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για εφαρμογές που περιλαμβάνουν ιόντα χλωρίου, ορισμένα χημικά υλικά ή υψηλότερες απαιτήσεις φαρμακευτικών υλικών και τροφίμων.
Για μέσα υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής πίεσης ή εξαιρετικά διαβρωτικά, ο συνηθισμένος ανοξείδωτος χάλυβας ενδέχεται να μην παρέχει επαρκή απόδοση. Σε τέτοιες περιπτώσεις, το υλικό θα πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τη σύνθεση του μέσου διεργασίας, τη θερμοκρασία λειτουργίας, την πίεση και τη διαβρωτικότητα. Ανάλογα με την εφαρμογή, μπορούν να ληφθούν υπόψη ειδικά κράματα όπως Hastelloy ή κράματα με βάση το νικέλιο.
Η μηχανική αντοχή είναι άλλος ένας σημαντικός παράγοντας που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή ενός θερμοκηπίου. Όταν ένας αισθητήρας θερμοκρασίας εισάγεται απευθείας σε έναν αγωγό υψηλής ταχύτητας, το θερμοπηγάδι μπορεί να υποβληθεί σε δυνάμεις ρευστού, κραδασμούς και μηχανική καταπόνηση. Ως εκ τούτου, εκτός από την αντοχή στη διάβρωση, οι μηχανικοί θα πρέπει να λάβουν υπόψη την εξωτερική διάμετρο του θερμοπηγαδιού, το πάχος του τοιχώματος, το μήκος εισαγωγής και την αντίσταση στους κραδασμούς που προκαλούνται από τη ροή.
7. Ποιες είναι οι μέθοδοι εγκατάστασης των πομπών θερμοκρασίας;
Η μέθοδος εγκατάστασης ενός πομπού θερμοκρασίας θα πρέπει γενικά να επιλέγεται σύμφωνα με τη δομή του εξοπλισμού, τις σωληνώσεις διεργασίας, τις απαιτήσεις συντήρησης και το περιβάλλον λειτουργίας. Οι συνήθεις μέθοδοι εγκατάστασης περιλαμβάνουν την ολοκληρωμένη εγκατάσταση, την απομακρυσμένη ή χωριστή εγκατάσταση, την εγκατάσταση με σπείρωμα, την εγκατάσταση με φλάντζα και την εγκατάσταση σφιγκτήρα.
Ένας ενσωματωμένος πομπός θερμοκρασίας συνδυάζει τον αισθητήρα θερμοκρασίας, το θερμοστάτη και τον πομπό σε ένα ενιαίο συγκρότημα. Παρέχει μια συμπαγή δομή και απλοποιεί την εγκατάσταση στο πεδίο, καθιστώντας το κατάλληλο για γενικούς βιομηχανικούς αγωγούς, εξοπλισμό και δεξαμενές αποθήκευσης. Για εφαρμογές με περιορισμένο χώρο εγκατάστασης, μια ολοκληρωμένη διαμόρφωση μπορεί να μειώσει την καλωδίωση πεδίου και τις εργασίες εγκατάστασης.
Η εγκατάσταση με σπείρωμα είναι μια από τις πιο κοινές μεθόδους που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές. Οι τυπικές προδιαγραφές νήματος μπορεί να περιλαμβάνουν M20 × 1,5, G1/2 και NPT1/2. Η ακριβής προδιαγραφή σπειρώματος θα πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τη διαδικασία σύνδεσης του εξοπλισμού ή του αγωγού. Οι συνδέσεις με σπείρωμα είναι απλές και χρησιμοποιούνται ευρέως για γενικές εφαρμογές μέτρησης θερμοκρασίας.
Η εγκατάσταση με φλάντζα είναι πιο κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής πίεσης, αγωγούς μεγάλης διαμέτρου και διαδικασίες όπου απαιτείται τακτική αφαίρεση και συντήρηση. Μπορούν να επιλεγούν διαφορετικά πρότυπα φλάντζας και ονομασίες πίεσης ανάλογα με τη σύνδεση της διαδικασίας και τις συνθήκες λειτουργίας.
Σε τρόφιμα και ποτά και βιοφαρμακευτικές διεργασίες, χρησιμοποιούνται συνήθως συνδέσεις υγιεινής. Η δομή τους διευκολύνει την εγκατάσταση, την αποσυναρμολόγηση, τον καθαρισμό και τη συντήρηση και μπορεί να βοηθήσει στη μείωση των περιοχών όπου μπορεί να συσσωρευτούν υπολείμματα διεργασίας ή μόλυνση.
Η τοποθεσία εγκατάστασης είναι εξίσου σημαντική. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας θα πρέπει να εγκατασταθεί όπου μπορεί να αντιπροσωπεύει με ακρίβεια την πραγματική θερμοκρασία του μέσου επεξεργασίας. Τοποθεσίες όπως στάσιμες ζώνες, νεκρά πόδια ή περιοχές που επηρεάζονται άμεσα από εξωτερικές πηγές θερμότητας θα πρέπει γενικά να αποφεύγονται.
Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του αγωγού, θα πρέπει να παρέχεται επαρκές βάθος εισαγωγής έτσι ώστε το αισθητήριο στοιχείο να εκτίθεται επαρκώς στο μέσο διεργασίας. Διαφορετικά, ακόμη και ένας πομπός θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας μπορεί να προκαλέσει σημαντικά σφάλματα μέτρησης λόγω ακατάλληλης εγκατάστασης.
8. Συνήθη λάθη επιλογής πομπού θερμοκρασίας που κάνουν συχνά οι μηχανικοί
Ένα από τα πιο κοινά προβλήματα στην επιλογή του πομπού θερμοκρασίας είναι η μη σωστή επιλογή μεταξύ ενός PT100 και ενός θερμοστοιχείου, αλλά η εστίαση μόνο στο εύρος μέτρησης και την ακρίβεια παραβλέποντας τις πραγματικές συνθήκες της διαδικασίας.
Για παράδειγμα, εάν η θερμοκρασία του μέσου διεργασίας είναι 200 μοίρες, ένας μηχανικός μπορεί να υποθέσει ότι ένας πομπός θερμοκρασίας με εύρος μέτρησης 0-300 μοίρες είναι αρκετός. Ωστόσο, πρέπει επίσης να αξιολογηθούν ο τύπος του αισθητήρα, η βαθμολογία της θερμοκρασίας του θερμοστάτη, η πίεση διεργασίας, η ταχύτητα ροής, η διαβρωτικότητα και η δομή εγκατάστασης.
Μια άλλη κοινή παρανόηση είναι ότι «η υψηλότερη ακρίβεια είναι πάντα καλύτερη». Στην πραγματικότητα, η συνολική ακρίβεια ενός συστήματος μέτρησης θερμοκρασίας δεν εξαρτάται αποκλειστικά από τον πομπό θερμοκρασίας. Επηρεάζεται επίσης από την κατηγορία ακρίβειας του αισθητήρα, τη διαμόρφωση καλωδίωσης, τη μέθοδο εγκατάστασης, τη σχεδίαση θερμικών φρεατίων και το περιβάλλον λειτουργίας.
Εάν ο ίδιος ο αισθητήρας δεν παρέχει επαρκή ακρίβεια, η επιλογή ενός πομπού θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας δεν μπορεί να βελτιώσει θεμελιωδώς την ακρίβεια ολόκληρης της αλυσίδας μέτρησης.
Ένας άλλος παράγοντας που συχνά παραβλέπεται είναι ο χρόνος απόκρισης. Σε διαδικασίες που περιλαμβάνουν ταχεία θέρμανση, ψύξη ή δυναμικό έλεγχο θερμοκρασίας, ένα θερμοπηγάδι που είναι πολύ παχύ ή ένας αισθητήρας με μεγάλο χρόνο απόκρισης μπορεί να προκαλέσει τη μετρούμενη θερμοκρασία να καθυστερήσει σημαντικά σε σχέση με την πραγματική θερμοκρασία διεργασίας.
Σε τέτοιες περιπτώσεις, ο πομπός μπορεί να εξακολουθεί να παρέχει ακριβή μέτρηση της θερμοκρασίας του αισθητήρα, αλλά το σήμα μπορεί να μην αντικατοπτρίζει πλέον την κατάσταση της διαδικασίας σε πραγματικό χρόνο αρκετά γρήγορα για αποτελεσματικό έλεγχο.
Θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη οι ηλεκτρικές παρεμβολές. Τα σήματα θερμοστοιχείου είναι συνήθως πολύ μικρά. Εάν το περιβάλλον εγκατάστασης περιέχει κινητήρες μεταβλητής συχνότητας, κινητήρες, εξοπλισμό υψηλής ισχύος ή ηλεκτρικά καλώδια υψηλής τάσης, η ακατάλληλη καλωδίωση σήματος, η θωράκιση ή η γείωση μπορεί να προκαλέσουν διακυμάνσεις στο σήμα θερμοκρασίας.
Επομένως, σε πολύπλοκα βιομηχανικά περιβάλλοντα, η μετάδοση του πρωτογενούς σήματος του αισθητήρα σε μεγάλη απόσταση δεν είναι γενικά η προτιμώμενη λύση. Αντίθετα, η μετατροπή σήματος θα πρέπει να εκτελείται όσο πιο κοντά στον αισθητήρα είναι πρακτικό και ένα τυποποιημένο σήμα όπως 4-20 mA μπορεί στη συνέχεια να μεταδοθεί στο σύστημα ελέγχου.
Ένα άλλο συνηθισμένο λάθος είναι η επιλογή του πομπού χωρίς έλεγχο του πλήρους συστήματος μέτρησης θερμοκρασίας. Ένα πλήρες σημείο μέτρησης θερμοκρασίας μπορεί να περιλαμβάνει τον αισθητήρα, το θερμοπηγάδι, τον πομπό, τη σύνδεση διεργασίας, το καλώδιο σήματος και τη μονάδα εισόδου του συστήματος ελέγχου. Μια λανθασμένη επιλογή σε οποιοδήποτε από αυτά τα σημεία μπορεί να επηρεάσει το τελικό αποτέλεσμα της μέτρησης.
Επομένως, κατά την επιλογή ενός πομπού θερμοκρασίας, συνιστάται η αξιολόγηση της εφαρμογής με την ακόλουθη σειρά:
Μέσο διεργασίας → Θερμοκρασία → Πίεση → Αισθητήρας → Thermowell → Σύνδεση διαδικασίας → Σήμα εξόδου → Μέθοδος εγκατάστασης → Σύστημα ελέγχου
Συνολικά, αν και ένας πομπός θερμοκρασίας είναι ένα κοινό όργανο στον βιομηχανικό αυτοματισμό, η επιλογή του περιλαμβάνει πολλαπλούς κλάδους, όπως η θερμική μέτρηση, η μηχανική υλικών, ο μηχανικός σχεδιασμός, η επεξεργασία ηλεκτρικού σήματος και οι εφαρμογές διεργασιών.
Μια πραγματικά κατάλληλη επιλογή πομπού θερμοκρασίας δεν είναι απλώς θέμα προσδιορισμού ενός εύρους μέτρησης. Αντίθετα, ο αισθητήρας, το θερμικό φρεάτιο, ο πομπός, η δομή εγκατάστασης και το σύστημα ελέγχου πρέπει να ταιριάζουν σωστά ως πλήρες σύστημα μέτρησης.
Μόνο με την πλήρη εξέταση των πραγματικών συνθηκών διεργασίας μπορούν οι μηχανικοί να επιτύχουν τη σωστή ισορροπία μεταξύ της ακρίβειας μέτρησης, της σταθερότητας, του χρόνου απόκρισης, της διάρκειας ζωής και του κόστους συντήρησης.
