Spørg fem personer, hvad "PT100" betyder, og du vil normalt få "en slags temperatursensor" som det fulde svar. Det er fint, hvis du bare chatter -, men hvis det er dig, der skriver købsspecifikationen, er hullerne i det svar præcis dér, hvor problemerne dukker op senere: en sensor, der læser fint på bænken, men driver, når den er svejset ind i en termobrønd, eller en, der er teknisk korrekt, men tilsluttet den forkerte vej til den sender, den fodrer.
Denne artikel dækker mekanikken i, hvordan en PT100 rent faktisk måler temperatur, de praktiske forskelle mellem de sensortyper, du vil vælge imellem, og -, fordi teorien kun giver dig indtil videre - en reel situation, hvor det at få en af disse detaljer forkert forårsagede et målbart problem på en produktionslinje.
Hvad en PT100 egentlig er
En PT100 er en modstandstemperaturdetektor (RTD) - et platinelement, hvis elektriske modstand ændres på en kendt, gentagelig måde, når temperaturen ændres. "100" i navnet er modstandsværdien ved 0 grader: nøjagtigt 100 ohm. Varm det op, modstanden stiger; køle det ned, modstanden falder.
Platin er ikke det eneste metal, der gør dette - RTD'er for nikkel og kobber findes også -, men platin vandt til industriel brug, fordi det ikke oxiderer let, holder sin kalibrering over år med termisk cykling, og dets modstandskurve er vel-defineret nok til, at det er blevet standardiseret internationalt. Denne standard er IEC 60751, og det er det dokument, som enhver velrenommeret producents datablad stille og roligt henviser til, selv når de ikke siger det direkte.
Fysisk sidder elementet inde i en metalkappe - normalt 316 rustfrit, nogle gange Inconel eller Hastelloy til grimme medier - med ledninger, der løber ud til en sender eller en controllers analoge inputkort. Selve sensoren har intet display og ingen logik; det ændrer bare modstand. Alt andet sker nedstrøms.
Fysikken bag læsningen
Hvorfor modstand ændres med temperatur
Når platin varmes op, øges atomvibrationen, hvilket gør det sværere for elektroner at bevæge sig gennem gitteret. - modstanden stiger. Dette forhold er ikke lineært på tværs af hele området, men det er tæt nok og godt-karakteriseret nok til, at det fanges i en ligning i stedet for en opslagstabel alene: Callendar-Van Dusen-ligningen.
For temperaturer over 0 grader er den forenklede form:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 er 100 ohm for en PT100, og A og B er faste konstanter fra IEC 60751. Under 0 grader tilføjes et tredje led, fordi kurven bøjer lidt anderledes derned. Du behøver ikke huske denne -, men det er værd at vide, at den eksisterer, fordi det er grunden til, at en "PT100" fra en producent og en "PT100" fra en anden faktisk stemmer overens med hinanden ved en given temperatur, i stedet for at hver især har deres egen private kurve.
Et tal værd at huske: ved 100 grader læser en standard PT100 omkring 138,5 ohm. Hvis du fejlfinder en sensor med et multimeter, og det ikke er i nærheden af, hvad der skal være 100 grader, er der noget galt - enten elementet, ledningerne eller din antagelse om, hvilken temperatur det faktisk er ved.
Der er også en opdeling, du bør kende til, før du bestiller: den "europæiske kurve" (alfa=0.00385) er standarden overalt uden for Nordamerika, mens en ældre "amerikansk kurve" (0,00392) stadig dukker op på noget ældre udstyr. At blande de to på en eftermontering er en klassisk kilde til en temperaturaflæsning, der er slukket med et par grader uden åbenbar grund.
Gør modstand til et tal, du kan læse
En sender sender en lille strøm gennem elementet, måler spændingen over det, beregner modstand og anvender kurven til at spytte en temperatur ud. Det er det. Det er også grunden til, at en PT100 dybest set er ubrugelig uden en sender eller et RTD---kompatibelt inputkort bag sig - sensoren er kun halvdelen af målekæden.
Ledningsdetaljerne, der faktisk forårsager feltproblemer
Det er her, mange købsbeslutninger går galt, og det er sjældent, fordi nogen var skødesløse - det er bare ikke indlysende, medmindre nogen har fortalt dig det.
2-lederer billigst, men selve blytrådens modstand bliver tilføjet direkte i aflæsningen. Over et 30-meter kabelløb er denne fejl ikke længere triviel. Fin til korte løb eller ikke-kritisk overvågning; ikke fint til noget, du ønsker at kontrollere ud af.
3-lederer standard for det meste industrielt arbejde. En tredje ledning lader senderen estimere og udligne ledningsmodstanden, forudsat at de tre ledere er matchede i længde og tykkelse. God balance mellem omkostninger og nøjagtighed, hvilket er grunden til, at det er det, du finder på de fleste procestransmittere, der sælges i dag.
4-lederfjerner ledningsmodstandsfejl næsten fuldstændigt ved at adskille strømførende- og spændingsfølende-ledninger. Dette er, hvad du vil have til kalibreringsreferencestandarder eller hvor som helst brøkdele af en grad faktisk betyder noget -, men det er overkill og ekstra omkostninger for en masse generelle overvågningspunkter.
Den fejl, jeg oftest ser, er ikke at vælge den forkerte ledningstype isoleret -, det er at bestille en 3-leder sensor til en sender, der var konfigureret til 2-leder input, eller omvendt. Sensoren og instrumentet skal stemme overens, og den detalje er let at gå glip af, når indkøb og instrumentering er to forskellige personer, der arbejder med to forskellige dokumenter.
Tråd-Sår vs. tynde-filmelementer
Tråd-vikletelementer - platintråd snoet rundt om en keramisk eller glaskerne - har en tendens til at holde kalibreringen ekstremt godt over lang levetid og brede temperaturudsving. De er dyrere og lidt mere skrøbelige mekanisk.
Tynd-filmelementer fremstilles ved at afsætte platin på et keramisk substrat, der ligner i ånden, hvordan en mikrochip er bygget. De er mindre, billigere at producere i volumen og holder bedre til vibrationer -, hvilket er grunden til, at de stort set har overtaget den generelle industri- og OEM-brug. Afvejningen- er et snævrere nominelt temperaturområde sammenlignet med premium-wire-viklede versioner, selvom det for det meste procesarbejde faktisk aldrig nærmes loftet.
Hvis din applikation er mild - tror du, at HVAC-kanaler, generel tankovervågning - tynd-film næsten altid er det økonomiske og fornuftige valg. Gem tråd-viklet til applikationer med høj-temperatur eller lang-levetid-, hvor den ekstra stabilitet tjener sine omkostninger tilbage.
PT100 vs. termoelement vs. PT1000
Nye køberetemperatur instrumenteringspørger ofte, hvilken af disse tre de egentlig skal angive.
Mod entermoelement, en PT100 vinder på nøjagtighed og langsigtet-stabilitet i det lave-til-mellemområde (omtrent -200 grader til 850 grader) og kræver ikke kompensation for kolde kryds. Et termoelement vinder, hvor temperaturerne bliver højere end platin kan klare, eller hvor du har brug for en hurtigere respons og kan leve med lavere præcision.
Mod enPT1000, arbejdsprincippet er identisk - samme platin, samme fysik - kun 1.000 ohm ved 0 grader i stedet for 100. Den højere basismodstand gør bly-ledningsfejlen forholdsmæssigt mindre, så en PT1000 kan ofte slippe af sted med 2-ledninger uden at PT100 kræver nøjagtighed. Det gør PT1000 til et almindeligt valg inden for bygningsautomatisering, hvor kabeltræk er lange, men du ikke jagter præcision i laboratoriekvalitet.
En rigtig sag: Når "tæt nok" ikke var
En fødevare-forarbejdningsoperation, der kørte en pasteuriseringslinje, havde fået inkonsekvente batch-temperaturaflæsninger i uger - intet dramatisk, kun et par graders drift, der dukkede op med mellemrum og ikke korrelerede med noget åbenlyst i selve processen. Vedligeholdelse havde allerede byttet sensoren én gang, antog, at det løste problemet og gik videre. Det kom tilbage en måned senere.
Den faktiske årsag viste sig at være ledninger, ikke sensoren: Den originale 3--leder PT100 var blevet erstattet med en enhed fra en anden leverandør, hvis ledningsmåler var lidt anderledes end den oprindelige kørsel, hvilket afledte den lednings-modstandskompensation, som senderen beregnede. På papiret opfyldte begge sensorer spec. I praksis var uoverensstemmelsen lige stor nok til at skubbe aflæsningen uden for den tolerance, der betød noget for pasteuriseringens holdetid - en fødevaresikkerhedsparameter, ikke en kosmetisk.
Rettelsen var ikke en bedre sensor. Den standardiserede ledningstykkelse og længde på tværs af alt erstatningsmateriale for den linje og tilføjede en hurtig modstandskontrol ved omgivelsestemperatur som et modtagende-inspektionstrin, før en ny sensor blev taget i brug. Lektionen generaliserer: en PT100 er kun så nøjagtig som hele målekæden omkring den, og "det samme varenummer" betyder ikke altid "den samme faktiske ledning."
Hvad skal du faktisk tjekke, før du bestiller
For de fleste købere kommer beslutningen ned til fem spørgsmål, nogenlunde i denne rækkefølge af betydning:
- Hvad er procestemperaturområdet, og hvor stram skal tolerancen være?Dette bestemmer, at nøjagtighedsklasse - Klasse B (±0,30 grader ved 0 grader) dækker mest almindelig overvågning; Klasse A eller 1/3 DIN er præmien værd for kontrolsløjfer eller regulerede processer.
- Hvilke ledninger forventer din sender eller PLC-kort?Bekræft dette før bestilling, ikke efter -, det er den mest almindelige årsag til undgåelige feltproblemer.
- Hvad er kappematerialet og sondediameteren, der passer til dit procesmedie og tryk?Korrosive eller-højtryksapplikationer kræver normalt også en termobrønd, både for beskyttelse og så sensoren kan udskiftes uden nedlukning.
- Har du brug for en hoved-monteret sender?Konvertering til et 4-20mA signal lige ved sensoren forbedrer støjimmuniteten ved lange kabelføringer og er værd at betale ekstra i elektrisk støjende miljøer.
- Hvad er din kalibrerings- og udskiftningsplan?Sensorer driver over år med termisk cykling. Kritiske processer bliver typisk kontrolleret årligt; overvågningspunkter med lav-indsats kan vare længere.
Installationsnoter, der er værd at vide
Indføringsdybden betyder mere, end de fleste mennesker forventer, - følerspidsen skal nå ind i det faktiske flow eller medium, ikke bare stikke gennem rørvæggen, ellers ender du med at måle grænselaget i stedet for processen. Termobrønde er de ekstra omkostninger værd, hvor som helst tryk, korrosion eller behovet for udskiftning af varme-swap er en faktor. Og hvis du fejlfinder en aflæsning, der virker off, skal du kontrollere modstanden ved en kendt referencetemperatur (isvand er en billig, pålidelig 0 graders reference), før du antager, at senderen eller selve processen er problemet.
Bundlinje
Fysikken bag en PT100 er enkel og har ikke ændret sig i årtier - platins modstand stiger forudsigeligt med temperaturen, og det forhold er standardiseret, så instrumenter fra forskellige producenter stemmer overens med hinanden. Hvor købere faktisk går galt, er ikke selve sensorvalget; det er detaljerne omkring det - ledningskonfiguration, blytrådskonsistens, kappemateriale til de faktiske procesforhold. Få dem lige på spec-stadiet, og sensordelen er den nemme del.
Hvis du køber PT100-sensorer til en specifik linje eller et bestemt udstyr, er det normalt det, der adskiller en sensor, der fungerer, fra en, der bliver skiftet ud to gange, før nogen finder det egentlige problem, at sende din leverandør temperaturområdet, den nødvendige nøjagtighedsklasse, ledningstype og installationsmiljø foran - i stedet for blot et varenummer -.
Ofte stillede spørgsmål
Er PT100 det samme som en RTD?
Nej - PT100 er én specifik type RTD, lavet af platin med 100 ohm modstand ved 0 grader . RTD er den bredere kategori, som også omfatter PT500, PT1000 og nikkel- eller kobber-baserede sensorer.
Hvor nøjagtig er en PT100-sensor egentlig?
Klasse B er nøjagtig til omkring ±0,30 grader ved 0 grader. Klasse A strammer det til ca. ±0,15 grader. Høj-præcision 1/10 DIN-sensorer når ±0,03 grader, hvilket for det meste er en laboratorie- eller kalibrerings-standardspecifikation snarere end noget, som generel procesovervågning har brug for.
Kan en PT100 klare min-temperaturer?
Ja, standardenheder er klassificeret ned til ca. -200 grader, hvilket dækker de fleste kryogene og kolde kædeapplikationer uden behov for noget specialiseret.
Hvorfor har nogle PT100-sensorer tre eller fire ledninger i stedet for to?
De ekstra ledninger lader instrumentet trække modstanden fra selve ledningstråden ud, som ellers ville blive talt som en del af temperatursignalet - en fejl, der vokser med kabellængden.
Referencer
- Den Internationale Elektrotekniske Kommission.IEC 60751 - Industrielle platinmodstandstermometre og platintemperaturfølere.
- National Institute of Standards and Technology (NIST).ITS-90 temperaturskala og platinmodstandstermometri-referencedata.
- Omega Engineering.RTD (Resistance Temperature Detector) referencevejledning.
- Fluke Corporation.Kalibrering: Filosofi i praksis - Resistance Thermometri.
