Termopāra un RTD signāla integritāte: kabeļi un zemējums
Lauka inženiera ceļvedis termopāru pagarinājuma vadiem, RTD kabeļu izmēriem, aizsardzības praksei un zemējuma filozofijai precīzai temperatūras mērīšanai.
Kāpēc signāla integritāte ir svarīga
Klases A Pt100 RTD tolerances robeža ir ±0,15°C pie 0°C. K tipa termopāram tolerances robeža ir ±2,2°C pie 500°C. Šīs precizitātes nav nozīmīgas, ja signāla kabelis ievada lielāku kļūdu. Termopāru signāli ir milivoltu diapazonā — 1°C kļūda atbilst 40 µV. Inducēts troksnis 200 µV apmērā rada 5°C mērījuma kļūdu.
Kļūdu budžetā jāiekļauj arī kabelis. Ja pagarinājuma vadu savienojumi atrodas dažādās temperatūrās, veidojas parazītiska savienojuma punkts. Lai to samazinātu, izmantojiet izolētus termopāru savienotājus. Honeywell STT3000 un Emerson Rosemount 644 nevar noteikt kabeļa radītās kļūdas. Regulāra cilpas kalibrēšana ir vienīgais veids, kā tās atklāt.
Termopāru pagarinājuma vadu izvēle
Termopāru pagarinājuma vadi izmanto sakausējuma vadītājus, kas atbilst termopāra EMF līknei. Parasta vara vada izmantošana ir bezjēdzīga — varš rada parazītiskus termopāru savienojumus katrā galā, un kļūda var pārsniegt 20°C.
Izvēlieties pareizo izolāciju. PVC ir piemērots līdz 105°C. XLPE ir piemērots līdz 150°C. Augstākām temperatūrām izmantojiet stikla šķiedras pinumu vai nerūsējošā tērauda pārklājumu. Izvēlieties pareizo aizsardzību — Phoenix Contact FLK sērijai ir tinēta vara pinums ar 85% pārklājumu. Zemējiet aizsardzību tikai vienā punktā, parasti raidītāja galā. Zemējot abos galos, rodas zemējuma cilpa, kas inducē troksni signāla vadītājos.
RTD kabeļu izmēri un vadu savienojumi
RTD sensori izmanto 1 mA pastāvīgu strāvas barošanu. Trīsvadu un četrvadu konfigurācijas kompensē kabeļa pretestību. Trīsvadu RTD divi vadi ir savienoti pie viena gala, viens vads pie otra. Raidītājs pieņem, ka diviem vadiem ir vienāda pretestība — tas ir derīgi tikai tad, ja visi trīs vadi ir vienāda garuma un šķērsgriezuma.
Visiem RTD vadiem izmantojiet vienādu vada šķērsgriezumu un garumu. 0,5 mm² vara vadam ir 36 milliohmi uz metru. 50 metru garumā pretestība ir 1,8 omi uz vadu. Ja viens vads ir 1,8 omi, bet otrs 2,0 omi, kļūda ir 0,1 oms jeb 0,26°C Pt100 gadījumā.
Izvēlieties RTD kabeli ar folijas aizsardzību un drenāžas vadu. Zemējiet drenāžas vadu tikai vienā punktā. Bīstamās zonās izmantojiet IS sertificētu kabeli ar zilu apvalku. Pārmērīga kabeļa kapacitāte (>200 nF/km) var izraisīt IS barjeras svārstības un nepareizus mērījumus.
Zemējuma filozofija
Termopāru ķēdēs negatīvais vads parasti tiek zemēts pie raidītāja, lai samazinātu kopējā režīma troksni. Tomēr, ja termopāra apvalks ir zemēts arī mērījuma punktā, veidojas zemējuma cilpa. Risinājums ir izolēts raidītājs. Emerson 644 ar izolāciju un Honeywell STT3000 ar kanālu savstarpējo izolāciju pārtrauc zemējuma cilpas.
RTD ķēdēs zemējiet aizsardzību tikai pie raidītāja gala. RTD elements parasti nav zemēts — elementa zemēšana palielina zemējuma cilpas risku. Ja RTD apvalks ir zemēts pie procesa savienojuma, izmantojiet izolētu ieejas raidītāju. Katram savienojuma kastē izmantojiet vienas vietas zemējuma stieņi un savienojiet to ar rūpnīcas zemes tīklu ar vienu vadītāju, nevis ķēdes veidā.
Troksņa samazināšanas soļi
1. solis: Atvienojiet sensoru un izmēriet atvērtās ķēdes spriegumu. Termopāram izmantojiet voltmetru ar ieejas pretestību >1 MΩ. Rādījumam jābūt stabilam ±10 µV robežās. RTD gadījumā izmantojiet četrvadu ommetru — rādījumam jābūt stabilam ±0,05 omi robežās.
2. solis: Pārbaudiet aizsardzības nepārtrauktību. Izmēriet pretestību no aizsardzības drenāžas vada līdz zemējuma stieņam — tai jābūt mazākai par 1 omu. Pārliecinieties, ka aizsardzība ir zemēta tikai vienā punktā. Atvienojiet aizsardzību pie sensora gala un izmēriet pretestību pret zemi — tai jābūt bezgalīgai.
3. solis: Izmēriet maiņstrāvas spriegumu starp signāla vadiem un zemi. Voltmetru iestatiet uz AC milivoltu diapazonu. Vērtības virs 10 mV AC norāda uz elektromagnētisko traucējumu. Novietojiet signāla kabeli vismaz 300 mm attālumā no barošanas kabeļiem.
4. solis: Uzstādiet signāla izolatoru, ja zemējuma cilpas nevar novērst. Phoenix Contact MINI Analog Pro nodrošina 3-veidu izolāciju ar kļūdu <0,1%. Tas pārtrauc visas zemējuma cilpas un nodrošina kopējā režīma trokšņu slāpēšanu līdz 2 kV.
Neatbilstošu mērījumu novēršana
Pēkšņa pāreja uz maksimālo rādījumu norāda uz atvērtu ķēdi. Pārbaudiet savienojumu pie sensora galvas — vibrācija var atbrīvot skrūvju spailes. Pieskrūvējiet visas spailes ar norādīto griezes momentu (parasti 0,5 N·m priekš 1,5 mm² vada).
Pastāvīga nobīde norāda uz neatbilstošu termopāra tipu. Pārbaudiet raidītāja konfigurāciju. K tips, konfigurēts kā J tips, pie 500°C rādīs aptuveni par 50°C par zemu. RTD, konfigurēts kā “Cu10” nevis “Pt100”, rādīs 26 reizes augstāku temperatūru nekā patiesā.
Lēna reakcija norāda uz sliktu siltuma kontaktu. Termovāles RTD gadījumā izmantojiet atsperu elementu. Virsmas termopāram izmantojiet jutīgu spilventiņu ar augstas siltumvadītspējas līmi. Slikti piestiprināts virsmas termopārs var reaģēt ilgāk par 10 minūtēm.
Nobeigums un ieteikumi darbībai
Signāla kabeļa izvēle, zemējums un aizsardzība ir tikpat svarīgi kā sensora izvēle. Izmantojiet pareizo termopāru pagarinājuma vadu tipu. Zemējiet aizsardzību tikai vienā punktā. Garumiem virs 30 metriem izmantojiet trīsvadu vai četrvadu RTD. Ja zemējuma cilpas nevar izvairīties, izolējiet raidītāju. Glabājiet rezerves termopāru pagarinājuma vadus ārkārtas remontiem. Katru kabeli abos galos marķējiet ar sensora numuru.
