Термопара және RTD сигналдарының тұтастығы: Кабель және жерге қосу

Сигнал тұтастығы неге маңызды

Class A Pt100 RTD 0°C-та ±0.15°C төзімділікке ие. Type K термопара 500°C-та ±2.2°C төзімділікке ие. Егер сигнал кабелі қосымша қателік енгізсе, бұл дәлдіктердің еш мәні болмайды. Термопара сигналдары милливольт ауқымында болады — 1°C қателік 40 µV-қа тең, ал 200 µV шудың әсері 5°C қате көрсетеді. Қате бюджетін кабель де қамтуы тиіс. Honeywell MC-TAIH02 Жоғары деңгейлі аналогтық кіріс модулі және Honeywell CC-PUIO01/C Универсалды кіріс-шығыс модулі термопара мен RTD кірістерін тікелей қабылдайды, бірақ кабельден туындайтын қателіктерді анықтай алмайды — оларды анықтаудың жалғыз жолы — тұрақты циклдік калибрлеу.

Термопара ұзарту сымын таңдау

Термопара ұзарту сымдары термопараның ЭҚК қисығына сәйкес келетін қорытпа өткізгіштерді пайдаланады. Қарапайым мыс сымын қолдану мақсатқа қайшы — мыс әр ұшында паразиттік термопара түйіндерін тудырады, бұл қате 20°C-тан асып кетуі мүмкін. Дұрыс оқшаулауды таңдаңыз: PVC 105°C-қа дейін, XLPE 150°C-қа дейін жарамды. Жоғары температуралар үшін шыны талшықты өрім немесе тот баспайтын болаттан өрілген сымды қолданыңыз. Дұрыс экранды таңдаңыз — Phoenix Contact FLK сериясы 85% жабындылығымен қапталған калайланған мыс өрімінен тұрады. Экранды тек бір нүктеде, әдетте бергіш жағында жерге қосыңыз. Екі ұшын жерге қосу жерлік контурды тудырып, сигнал өткізгіштерінде шуды арттырады.

RTD кабелінің өлшемі мен сымдарын жалғау

RTD сенсорлары 1 мА тұрақты токпен қоздырылады. Үш сымды және төрт сымды конфигурациялар кабельдің кедергісін өтейді. Үш сымды RTD-де бергіш екі өткізгіштің кедергісі бірдей деп есептейді — бұл тек үш сымның ұзындығы мен қалыңдығы бірдей болғанда ғана дұрыс.

• Сымның кедергісі: 0.5 мм² мыс сымның 1 метрдегі кедергісі 36 миллиом. 50 метр үшін әр сымның кедергісі 1.8 ом болады. Егер бір өткізгіш 1.8 ом, ал екіншісі 2.0 ом болса, қате 0.1 ом, яғни Pt100 үшін 0.26°C құрайды. Барлық RTD өткізгіштеріне бірдей қалыңдық пен ұзындықтағы сымды қолданыңыз.
• Кабель экраны: Фольгалы экран және дренаж сымы бар RTD кабелін таңдаңыз. Дренаж сымын тек бір нүктеде жерге қосыңыз. Қауіпті аймақтар үшін көк жабыны бар IS-рейтингті кабельді қолданыңыз. Кабельдің артық сыйымдылығы (>200 нФ/км) IS тосқауылын тербелтіп, жалған көрсеткіштер тудыруы мүмкін.

Жерге қосу философиясы

Термопара тізбектерінде теріс өткізгіш әдетте бергіште жерге қосылады, бұл жалпы режимдегі шуды азайтады. Алайда, егер термопара қаптамасы да өлшеу нүктесінде жерге қосылса, жерлік контур пайда болады. Шешімі — оқшауланған бергіш: Emerson Rosemount 644 оқшаулауымен және Honeywell STT3000 арнааралық оқшаулаумен жерлік контурларды тиімді үзіп тастайды.

RTD тізбектерінде экранды тек бергіш жағында жерге қосыңыз. RTD элементі әдетте жерге қосылмайды — элементті жерге қосу жерлік контур қаупін арттырады. Егер RTD қаптамасы процесс қосылымында жерге қосылса, оқшауланған кіріс бергішін қолданыңыз. Әр қосқыш қорапта бір нүктелі жерлік шинаны пайдаланып, оны зауыттың жерлік торына бір өткізгішпен қосыңыз, шынжыр тәрізді жалғаудан аулақ болыңыз.

Шу деңгейін кезең-кезеңімен азайту

• 1-қадам: Сенсорды ажыратып, ашық тізбектегі кернеуді өлшеңіз. Термопара үшін >1 MΩ кедергісі бар вольтметр қолданыңыз. Көрсеткіш ±10 µV ішінде тұрақты болуы тиіс. RTD үшін төрт сымды омметр қолданыңыз. Көрсеткіш ±0.05 ом ішінде тұрақты болуы тиіс.
• 2-қадам: Экранның үздіксіздігін тексеріңіз. Экран дренаж сымынан жерлік шинаның кедергісін өлшеңіз — ол 1 омнан кем болуы керек. Экранның тек бір нүктеде жерге қосылғанын растаңыз. Сенсор жағындағы экранды ажыратып, жерге кедергіні өлшеңіз — ол шексіз болуы тиіс.
• 3-қадам: Сигнал сымдары мен жер арасындағы айнымалы кернеуді өлшеңіз. Вольтметрді айнымалы токтың милливольт ауқымына қойыңыз. 10 мВ-тан жоғары айнымалы кернеу электромагниттік кедергіні білдіреді. Сигнал кабелін қуат кабельдерінен кемінде 300 мм қашықтықта жүргізіңіз.
• 4-қадам: Егер жерлік контурларды жою мүмкін болмаса, сигнал оқшаулағышын орнатыңыз. Phoenix Contact MINI Analog Pro 3-жолды оқшаулауды <0.1% қате деңгейімен қамтамасыз етеді. Ол барлық жерлік контурларды үзіп, 2 кВ дейінгі жалпы режимдегі шуды басады.

Жалған көрсеткіштерді түзету

• Кенет максималды көрсеткішке секіру: Ашық тізбек барын білдіреді. Сенсор басындағы қосылымды тексеріңіз. Дірілдеу бұрандалы терминалдарды босатады. Барлық терминалдарды белгіленген моментпен (әдетте 1.5 мм² сым үшін 0.5 Н·м) қатайтыңыз.
• Тұрақты ығысу: Термопара түрінің сәйкес еместігін білдіреді. Бергіш конфигурациясын тексеріңіз. Type K Type J ретінде конфигурацияланғанда 500°C-та шамамен 50°C төмен көрсетеді. RTD “Cu10” орнына “Pt100” ретінде конфигурацияланғанда нақты температурадан 26 есе жоғары көрсетеді.
• Баяу жауап беру: Нашар жылу байланысын білдіреді. Термокөмбе орнатылған RTD үшін серіппелі элемент қолданыңыз. Беткіге орнатылған термопара үшін жоғары жылу өткізгіштігі бар жабысқақпен жабылған сезгіш төсемді қолданыңыз. Нашар орнатылған беткі термопараның жауап беру уақыты 10 минуттан асуы мүмкін.

Қорытынды және іс-шаралар бойынша кеңес

Сигнал кабелін таңдау, жерге қосу және экрандау сенсорды таңдаумен бірдей маңызды. Дұрыс термопара ұзарту сымын қолданыңыз. Экрандарды тек бір нүктеде жерге қосыңыз. 30 метрден ұзын қашықтықтар үшін үш немесе төрт сымды RTD қолданыңыз. Егер жерлік контурларды болдырмау мүмкін болмаса, бергішті оқшаулаңыз. Төтенше жағдайлар үшін қосымша термопара ұзарту сымын сақтаңыз. Әр кабельдің екі ұшында сенсордың тег нөмірін жапсырыңыз.

Автор: Вэйцзе Хуанг — PLC, DCS және басқару жүйелері саласында 10 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері.