Цялостност на сигнала при термодвойки и RTD: Кабели и заземяване
Ръководство за полеви инженери за разширителни проводници за термодвойки, размер на кабели за RTD, практики за екраниране и философия на заземяване за точно измерване на температурата.
Защо целостта на сигнала е важна
RTD клас A Pt100 има толеранс от ±0,15°C при 0°C. Термодвойка тип K има толеранс от ±2,2°C при 500°C. Тези точности нямат значение, ако сигналният кабел въвежда по-голяма грешка. Сигналите от термодвойки са в миливолтовия диапазон — грешка от 1°C съответства на 40 µV. Индуциран шум от 200 µV води до грешка в показанието от 5°C.
Бюджетът за грешки трябва да включва и кабела. Ако съединенията на разширителните проводници са при различни температури, се образува паразитно съединение. Използвайте изолирани съединители за термодвойки, за да го минимизирате. Honeywell STT3000 и Emerson Rosemount 644 не могат да открият грешки, причинени от кабела. Редовната калибрация на веригата е единственият начин да ги засечете.
Избор на разширителен проводник за термодвойки
Разширителните проводници за термодвойки използват сплави, които съответстват на ЕМП кривата на термодвойката. Използването на обикновен меден проводник обезсмисля целта — медта създава паразитни термодвойкови съединения на всеки край, а грешката може да надвиши 20°C.
Изберете правилната изолация. PVC е с максимална температура 105°C. XLPE е с максимална температура 150°C. За по-високи температури използвайте стъкленоплетена оплетка или оплетка от неръждаема стомана. Изберете правилния екран — серията Phoenix Contact FLK има калайдисана медна оплетка с 85% покритие. Заземявайте екрана само на една точка, обикновено в края при предавателя. Заземяването на двата края създава заземителна верига, която индуцира шум в сигналните проводници.
Размер и окабеляване на кабели за RTD
RTD сензорите използват постоянен ток на възбуждане от 1 mA. Конфигурациите с три и четири проводника компенсират съпротивлението на кабела. При трипроводников RTD два проводника са свързани към единия край, а един към другия. Предавателят приема, че двата проводника имат еднакво съпротивление — това е валидно само ако трите проводника са с еднаква дължина и сечение.
Използвайте еднакъв размер и дължина на проводника за всички проводници на RTD. Меден проводник сечение 0,5 мм² има съпротивление 36 милиома на метър. За 50 метра съпротивлението е 1,8 ома на проводник. Ако един проводник е 1,8 ома, а друг 2,0 ома, грешката е 0,1 ома, или 0,26°C за Pt100.
Изберете RTD кабел с фолио и дренажен проводник. Заземявайте дренажния проводник само на една точка. За опасни зони използвайте IS-сертифициран кабел със синя обвивка. Прекомерната капацитивност на кабела (>200 nF/km) може да причини осцилации на IS бариерата и фалшиви показания.
Философия на заземяване
При термодвойкови вериги отрицателният проводник обикновено се заземява на предавателя, за да се намали общошумовият сигнал. Въпреки това, ако обвивката на термодвойката също е заземена в точката на измерване, се образува заземителна верига. Решението е изолиран предавател. Emerson 644 с изолация и Honeywell STT3000 с изолация между каналите прекъсват заземителните вериги.
При RTD вериги заземявайте екрана само в края при предавателя. Елементът на RTD обикновено не се заземява — заземяването му увеличава риска от заземителна верига. Ако обвивката на RTD е заземена на процесната връзка, използвайте изолиран входен предавател. Използвайте едноточкова заземителна шина във всяка разклонителна кутия и я свържете към земната мрежа на завода с един проводник, а не с верижна връзка.
Стъпка по стъпка намаляване на шума
Стъпка 1: Изключете сензора и измерете напрежението на отворена верига. За термодвойка използвайте волтметър с входно съпротивление >1 MΩ. Показанието трябва да е стабилно в рамките на ±10 µV. За RTD използвайте четирипроводников омметър — показанието трябва да е стабилно в рамките на ±0,05 ома.
Стъпка 2: Проверете непрекъснатостта на екрана. Измерете съпротивлението от дренажния проводник на екрана до заземителната шина — трябва да е под 1 ом. Потвърдете, че екранът е заземен само на една точка. Изключете екрана в края при сензора и измерете съпротивлението до земя — трябва да е безкрайно.
Стъпка 3: Измерете променливо напрежение между сигналните проводници и земята. Настройте волтметъра на AC миливолтов диапазон. Над 10 mV AC показва електромагнитни смущения. Прекарайте сигналния кабел поне на 300 мм разстояние от захранващи кабели.
Стъпка 4: Инсталирайте сигнален изолатор, ако не може да се премахнат заземителните вериги. Phoenix Contact MINI Analog Pro осигурява тройна изолация с грешка <0,1%. Той прекъсва всички заземителни вериги и осигурява отхвърляне на общошумов сигнал до 2 kV.
Отстраняване на проблеми с фалшиви показания
Внезапно скок до максимално показание показва отворена верига. Проверете връзката на сензорната глава — вибрациите разхлабват винтовите клеми. Затегнете всички клеми с указан въртящ момент (обикновено 0,5 N·m за проводник 1,5 мм²).
Постоянен офсет показва несъответствие на типа термодвойка. Проверете конфигурацията на предавателя. Термодвойка тип K, конфигурирана като тип J, отчита около 50°C по-ниско при 500°C. RTD, конфигуриран като „Cu10“ вместо „Pt100“, отчита 26 пъти по-висока температура от реалната.
Бавно реагиране показва лош топлинен контакт. За RTD, монтиран в термокожух, използвайте елемент с пружинно натоварване. За термодвойка, монтирана на повърхност, използвайте сензорна подложка с лепило с висока топлопроводимост. Лошо монтирана повърхностна термодвойка може да има време за реакция над 10 минути.
Заключение и препоръки за действие
Изборът на сигнален кабел, заземяването и екранирането са толкова важни, колкото и изборът на сензор. Използвайте правилния тип разширителен проводник за термодвойки. Заземявайте екраните само на една точка. Използвайте три- или четирипроводников RTD за дължини над 30 метра. Изолирайте предавателя, ако не може да се избегнат заземителни вериги. Дръжте резервен разширителен проводник за термодвойки за аварийни ремонти. Етикетирайте всеки кабел с номера на сензора и на двата края.
