Термопара сымдары, стандарттары және ақауларды жою: Практикалық дала нұсқаулығы

Термопараның жұмыс істеу принциптерін түсіну

Термопара екі әртүрлі металл сымдары ыстық және суық түйіспеде қосылғанда электромагниттік күш (ЭҚК) тудырады. Бұл кернеуді Сибек эффектісі басқарады, ол екі түйіс арасындағы температура айырмашылығына байланысты болжамды түрде өзгереді. Дегенмен, дәл өлшеу үшін тек зондты процестің ішіне салу жеткіліксіз. Инженерлер дұрыс термопара түрін таңдап, тізбекті сәйкес ұзарту сымымен жалғап, суық түйіс температурасының өзгеруін өтемдеуі керек. Yokogawa AMM32TJ RTS кіріс мультиплексор модулі Yokogawa CENTUM DCS жүйелері үшін көп нүктелі термопара және RTD сигналдарын жинауды қамтамасыз етеді, ал Yokogawa AMM12 кернеу кіріс мультиплексор модулі жоғары тығыздықтағы температура өлшеу қолданбаларында милливольт ауқымындағы термопара сигналдарын өңдейді.

IEC 60584 термопара түрлері кодтары және қолдану ауқымдары

IEC 60584 стандартты термопара түрлерін, олардың қорытпаларын және төзімділік сыныптарын анықтайды. Қате түрді таңдау жүйелі қате енгізеді, оны калибрлеу түзете алмайды.

• К түрі (Хромель–Алюмель): −200°C-тан +1260°C-қа дейін, 500°C-та шамамен 41 µV/°C. Көптеген жалпы өнеркәсіптік қолданбаларға жарамды. 180°C маңында Кюри нүктесі аномалиясын көрсетеді, бұл қысқа мерзімді сызықтық емес мінез-құлық тудырады.
• J түрі (Темір–Константан): −40°C-тан +750°C-қа дейін, 51 µV/°C. Қысқартатын атмосфераларға жарамды, бірақ ауада 500°C-тан жоғары тез тотығады. Жоғары температурада тек тығыздалған немесе тазартылған жинақтарда қолданыңыз.
• T түрі (Мыс–Константан): −200°C-тан +350°C-қа дейін. Ылғалды немесе криогендік ортада тамаша тұрақтылық көрсетеді.
• R және S түрлері (Платина–Родий қорытпалары): Күйдіргіштер мен жылу өңдеуге дейін 1600°C-қа дейін. 6–10 µV/°C төмен шығыс кернеуі жоғары импедансты, төмен шуылы бар күшейткіштерді талап етеді.

IEC 60584 1-сынып төзімділігі К түрі үшін −40°C-тан +375°C-қа дейін ±1.5°C, ал 375°C-тан жоғарыда оқу мәнінің ±0.4%-ын құрайды. 2-сынып бұл төзімділіктерді екі есе арттырады. Құралдың техникалық сипаттамасында жобалау кезеңінде төзімділік сыныбын көрсетіңіз.

Ұзарту сымы және өтемдік кабельді таңдау

Термопара тізбектеріндегі ең көп кездесетін сым қателігі – стандартты мыс кабелін термопара ұзарту сымының орнына қолдану. Мыс өткізгіштері термопара қорытпасынан мысқа ауысатын әрбір түйіспеде ЭҚК қатесін тудырады. Зондтан беріліс немесе түйіс қорабына дейін 30 метрге дейінгі қашықтықта ұзарту сымын (термопарамен бірдей қорытпа құрамымен) қолданыңыз. Ұзақ қашықтықтар немесе жоғары температуралы терминал аймақтары үшін төменгі шығынмен, бірақ ЭҚК-ға сәйкес қорытпаларды қолданатын өтемдік кабельді пайдаланыңыз.

Phoenix Contact WTOP сериялы термопара терминал блоктары алаңдағы түйіс қораптарында өте пайдалы. Олар әр терминал блогында дәл CJC сенсорын қамтиды, жергілікті қоршаған ортаның температурасын өлшейді. Әр WTOP блогы IEC 60584 түріне сәйкес түсті кодталған: К түрі үшін жасыл, J түрі үшін қара, T түрі үшін қоңыр.

• 1-қадам: Тізбек бойында полярлықты сақтаңыз. Термопара ұзарту сымы IEC 60584 бойынша түсті оқшаулаумен белгіленеді. Қандай да бір түйіспеде оң және теріс өткізгіштерді ешқашан ауыстырмаңыз.
• 2-қадам: Термопара кабельдерін қуат кабельдерінен бөлек құбырға жүргізіңіз. 50 Гц айнымалы токтан туындайтын ЭҚК асыл металдар термопараларының микровольт ауқымындағы шуды арттырады. Кабель қорғанысын тек бергіш жағында жалғаңыз, жерлік контурлардың пайда болуын болдырмау үшін.
• 3-қадам: Түйіс қорап ішінде керамикалық немесе тот баспайтын терминал блоктарын қолданыңыз. Қоршаған орта ылғалды болса, қапталған терминалдар коррозияға ұшырап, оқуларды ығыстыратын қосымша термоэлектрлік түйіспелерді тудырады.

Алаңдағы бергіштердегі суық түйіс өтемі

Әрбір термопара өлшеуі суық түйіс температурасына сілтеме жасайды. Қазіргі бергіштер дәстүрлі мұз ваннасын кіріс терминал блогындағы электрондық CJC сенсорымен ауыстырады. Yokogawa YTA110 ішкі PT100 CJC сенсорымен терминал блогының температурасын өлшеп, содан кейін суық түйіс кернеу эквивалентін қосады және фирмалық бағдарламалық қамтамасыз етуде NIST ITS-90 полиномдық коэффициенттерін пайдаланып Цельсий градусына түрлендіреді.

CJC қателері бергіш корпусының тікелей күн сәулесімен қыздырылуынан, жақын маңдағы бу трассасының жылу градиентін тудыруынан немесе терминал бұрандаларының тым қатты тартылуынан, жұмсақ ұзарту сымының деформациялануынан туындайды. Маңызды қолданбаларда суық түйісті 0.00°C-тағы мұз ваннасына батырып, CJC дәлдігін тексеріңіз. Қалған қате CJC ақауын немесе ұзарту сымының дұрыс жалғанбағанын көрсетеді.

Термопара тізбектерін жүйелі ақаулықтарды жою

• Ашық тізбек: Бергіш конфигурацияланған жоғарғы шекті токты (әдетте 21.0 мА) немесе төменгі шекті токты (3.6 мА) шығарады. HART диагностикалық күйін «Сенсор ақауы» деп тексеріңіз. Зонд ұшынан бергіш кіріс терминалдарына дейінгі үздіксіздікті өлшеңіз. Толық ашықтық термопара сымының қаптаманың ішінде үзіліп кеткенін, терминал бұрандасының бос екенін немесе құбыр тартылуы ұзарту сымын үзіп тастағанын білдіреді.
• Қысқа тұйықталу: Бергіш процесс температурасының өзгеруіне қарамастан қоршаған орта температурасын көрсетеді. Термопара түйісі қорғаныс түтігінің ішінде ішкі қысқа тұйықталуға ұшыраған, көбінесе ылғал енуі немесе механикалық зақымдану салдарынан. Зондты шығарып, ұшын үлкейту арқылы тексеріңіз.
• Калибрлеу ауытқуы: Оқулар жақын маңдағы сілтеме термометрімен салыстырғанда үнемі жоғары немесе төмен. Тізбек бойындағы ұзарту сымының полярлығын тексеріңіз. Бір ғана кері түйіс сол түйіс температурасына тең екі есе кернеу ығысуын тудырады. Сондай-ақ, қаптамадағы ішінара қысқа тұйықталуларды тексеріңіз, олар ЭҚК шығысын төмендетеді, бірақ толық ақауға әкелмейді.

Сонымен қатар, бір процестегі артық температура бергіштерінің оқуларын мезгіл-мезгіл салыстырыңыз. 3°C немесе одан жоғары ауытқу ауытқуды білдіреді. Екі құралды да калибрлеуді тексеруге жоспарлаңыз және сенімді сілтеме бойынша расталғанын қабылдаңыз.

Қорытынды және іс-әрекетке кеңес

Термопараның дәлдігі тәртіпті сымдау, дұрыс ұзарту сымын таңдау және сенімді суық түйіс өтеміне байланысты. Yokogawa YTA сериялы бергіштер ішкі CJC дәлдігін жоғары деңгейде қамтамасыз етеді, бірақ сым полярлығының қателіктерін немесе дұрыс емес ұзарту сым түрлерін өтей алмайды. Phoenix Contact WTOP терминал блоктары біріктірілген CJC сенсорларымен көп нүктелі түйіс қораптарында орнату қателіктерін азайтады. Термопара тізбектерін IEC 60584 стандартына сәйкес іске қосу кезінде қарап шығыңыз, ашық тізбек күйін қауіпсіздік логикаңызға сәйкестендіріңіз және жыл сайынғы калибрлеу кестесіне термопара тексерулерін қосыңыз.

Автор: Чен Лянвэй – PLC, DCS және басқару жүйелері саласында 10 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері.