سلامة إشارة الثرموقبل و RTD: الكابلات والتأريض

لماذا تهم سلامة الإشارة

يتمتع حساس Pt100 من الفئة A بتحمل ±0.15 درجة مئوية عند 0 درجة مئوية. أما الثرموقبل من النوع K فيتحمل ±2.2 درجة مئوية عند 500 درجة مئوية. هذه الدقة لا معنى لها إذا أدخل كابل الإشارة خطأ أكبر. إشارات الثرموقبل تكون في نطاق الميليفولت — خطأ 1 درجة مئوية يعادل 40 ميكروفولت، والضوضاء المحرضة بقيمة 200 ميكروفولت تنتج خطأ قراءة بمقدار 5 درجات مئوية. يجب أن يشمل ميزانية الخطأ الكابل. يقبل وحدة الإدخال التناظرية عالية المستوى Honeywell MC-TAIH02 ووحدة الإدخال/الإخراج العالمية Honeywell CC-PUIO01/C مدخلات الثرموقبل و RTD مباشرة، لكن لا يمكن لأي منهما اكتشاف الأخطاء الناتجة عن الكابل — المعايرة الدورية للحلقة هي الطريقة الوحيدة لاكتشافها.

اختيار سلك تمديد الثرموقبل

تستخدم أسلاك تمديد الثرموقبل موصلات سبائكية تتطابق مع منحنى القوة الدافعة الكهربائية للثرموقبل. استخدام سلك نحاسي عادي يفسد الغرض — حيث يولد النحاس وصلات ثرموقبل طفيلية عند كل طرف، وقد يتجاوز الخطأ 20 درجة مئوية. اختر العزل المناسب: PVC مصنف لدرجة حرارة قصوى 105 درجة مئوية، وXLPE لدرجة 150 درجة مئوية. للدرجات الأعلى، استخدم جديلة من الألياف الزجاجية أو جديلة من الفولاذ المقاوم للصدأ. اختر الدرع المناسب — سلسلة Phoenix Contact FLK تحتوي على جديلة نحاسية مغطاة بالقصدير بنسبة تغطية 85%. أرض الدرع عند نقطة واحدة فقط، عادة عند طرف المرسل. التأريض عند الطرفين يخلق حلقة تأريض تحرض ضوضاء في موصلات الإشارة.

تحديد حجم كابل RTD والتوصيل

تستخدم حساسات RTD تيار إثارة ثابت 1 مللي أمبير. تعويض مقاومة الكابل يتم عبر تكوينات الأسلاك الثلاثية والرباعية. في RTD ذو الثلاث أسلاك، يفترض المرسل أن سلكي التوصيل لهما نفس المقاومة — وهذا صحيح فقط إذا كانت جميع الأسلاك الثلاثة بنفس الطول والقطر.

• مقاومة السلك: سلك نحاسي بمساحة مقطع 0.5 مم² له مقاومة 36 ملي أوم لكل متر. لمسافة 50 مترًا، تكون المقاومة 1.8 أوم لكل سلك. إذا كان أحد الأسلاك 1.8 أوم والآخر 2.0 أوم، فالخطأ 0.1 أوم، أو 0.26 درجة مئوية لـ Pt100. استخدم نفس قطر وطول السلك لجميع أسلاك RTD.
• تأريض الكابل: اختر كابل RTD مع درع من رقائق الألمنيوم وسلك تصريف. أرض سلك التصريف عند نقطة واحدة. للمناطق الخطرة، استخدم كابل مصنف للسلامة intrinsically safe مع غلاف أزرق. السعة الزائدة للكابل (>200 نانوفاراد/كم) قد تسبب تذبذب حاجز السلامة وتنتج قراءات خاطئة.

فلسفة التأريض

في دوائر الثرموقبل، عادة ما يتم تأريض السلك السالب عند المرسل لتقليل ضوضاء الوضع المشترك. لكن إذا تم تأريض غلاف الثرموقبل أيضًا عند نقطة القياس، يتكون حلقة تأريض. الحل هو استخدام مرسل معزول — جهاز Emerson Rosemount 644 مع العزل وHoneywell STT3000 مع عزل بين القنوات يكسران حلقات التأريض بفعالية.

في دوائر RTD، أرض الدرع عند طرف المرسل فقط. عادة لا يتم تأريض عنصر RTD — تأريض العنصر يزيد من خطر حلقات التأريض. إذا تم تأريض غلاف RTD عند وصلة العملية، استخدم مرسل إدخال معزول. استخدم قضيب تأريض بنقطة واحدة في كل صندوق تقاطع واربطه بشبكة تأريض المصنع بسلك واحد، وليس سلسلة متصلة.

خطوات تقليل الضوضاء

• الخطوة 1: افصل الحساس وقس جهد الدائرة المفتوحة. للثرموقبل، استخدم فولتميتر بمقاومة إدخال >1 ميغا أوم. يجب أن تكون القراءة مستقرة ضمن ±10 ميكروفولت. لـ RTD، استخدم أوميتر بأربعة أسلاك. يجب أن تكون القراءة مستقرة ضمن ±0.05 أوم.
• الخطوة 2: تحقق من استمرارية الدرع. قس المقاومة من سلك تصريف الدرع إلى قضيب التأريض — يجب أن تكون أقل من 1 أوم. تحقق من تأريض الدرع عند نقطة واحدة فقط. افصل الدرع عند طرف الحساس وقس المقاومة إلى الأرض — يجب أن تكون لا نهائية.
• الخطوة 3: قس جهد التيار المتردد بين أسلاك الإشارة والأرض. اضبط الفولتميتر على نطاق ميليفولت التيار المتردد. قراءة فوق 10 مللي فولت تيار متردد تشير إلى تداخل كهرومغناطيسي. مرر كابل الإشارة على بعد لا يقل عن 300 مم من كابلات الطاقة.
• الخطوة 4: ركب عازل إشارة إذا لم يمكن التخلص من حلقات التأريض. يوفر Phoenix Contact MINI Analog Pro عزل ثلاثي الاتجاهات بخطأ أقل من 0.1%. يكسر جميع حلقات التأريض ويوفر رفض ضوضاء الوضع المشترك حتى 2 كيلو فولت.

استكشاف أخطاء القراءات الخاطئة

• قفزة مفاجئة إلى القراءة القصوى: تشير إلى دائرة مفتوحة. تحقق من التوصيل عند رأس الحساس. الاهتزاز يخفف أطراف البراغي. شد جميع الأطراف بعزم محدد (عادة 0.5 نيوتن متر لسلك 1.5 مم²).
• انحراف ثابت: يشير إلى نوع ثرموقبل غير متطابق. تحقق من إعدادات المرسل. ثرموقبل من النوع K مبرمج كنوع J يقرأ أقل بحوالي 50 درجة مئوية عند 500 درجة مئوية. RTD مبرمج كـ “Cu10” بدلاً من “Pt100” يقرأ 26 مرة أعلى من درجة الحرارة الفعلية.
• استجابة بطيئة: تشير إلى اتصال حراري ضعيف. لـ RTD المركب في ثرموبيل، استخدم عنصر محمل بنابض. للثرموقبل المركب على السطح، استخدم وسادة استشعار مع لاصق عالي التوصيل الحراري. الثرموقبل المركب بشكل سيء على السطح قد يتجاوز زمن استجابته 10 دقائق.

الخلاصة والنصائح العملية

اختيار كابل الإشارة، التأريض، والتأريض بالدرع لا يقل أهمية عن اختيار الحساس. استخدم نوع سلك تمديد الثرموقبل الصحيح. أرض الدروع عند نقطة واحدة فقط. استخدم RTD بثلاث أو أربع أسلاك للمسافات التي تزيد عن 30 مترًا. عزل المرسل إذا لم يمكن تجنب حلقات التأريض. احتفظ بسلك تمديد ثرموقبل احتياطي للإصلاحات الطارئة. ضع علامة على كل كابل برقم وسم الحساس عند الطرفين.

المؤلف: ويجيه هوانغ مهندس أتمتة صناعية بخبرة تزيد عن 10 سنوات في أنظمة PLC وDCS وأنظمة التحكم.