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温度变送器在温度测量过程中的应用
时间:2018/11/14 点击次数:32

温度变送器在温度测量过程中的应用

     

      温度是工业上常用的测量参数之一,对温度进行测量、控制和监控是保证各种工艺过程质量、安全、正确运行的关键。为了保证温度测量的可靠性,在开发温度测量系统时必须考虑影响温度测量非线性、精度和稳定性等不同的因素,另外维护和布线费用等因素必须考虑在内,以使系统尽可能具有成本效益。

 

      在过去的几年中相关的仪器仪表专家已经开始实施温度测量系统,但这一领域仍有许多疑问,如:特定温度测量系统具体选用什么类型的温度传感器以及选用有线温度探头还是温度变送器进行温度测量。

      本技术文件将介绍温度测量的基本知识,以及进行正确的测量过程中需要考虑的相关因素。

 

温度传感器

      工业上常见的传感器包括热电阻和热电偶。我们将在下文分别比较它们的优缺点。

 

热电阻

      热电阻基本上是一种电阻温度计,它根据暴露的温度改变电阻。这种电阻的变化可以通过测量来确定元件的温度。行业中使用多的热电阻包括Pt100、Pt1000和NTCs。

 

      热电阻原件相对是脆弱的,对振动和冲击敏感,通常被安置在一个保护探针中。与热电偶相比,热电阻具有更高的精度和重复性,因此在相关温度可靠测量过程中被广泛使用。

 

热电偶

      热电偶由两根在一端连接的不同金属类型的导线组成,形成一个称为“热结”的连接点。 当检测到该结上的温度变化时,在另一端存在电压变化,这被称为“冷结”。针对“热结”和“冷结”之间的电压变化,并结合结点所使用的材料并可以用作温度反馈。

 

      市场上有各种类型的热电偶,其中K,J,E,T和N型是常用的类型,因为与其他相对昂贵类型热电偶相比(如B,R和T型),它们具有更低的成本和更高的可用性,B,R和T型热电偶有其更具体的应用。

 

       热电偶适用于高温监测,比热电阻便宜,并且可以制造得更小。 它们还具有更快的响应时间,并且更耐受相关暴露及振动。

 

变送器与直接布线

      传统意义上开发温度测量方案时,有两种形式的探头连接:直接将温度探头通过有线连接到PLC或数据采集器,能直接进行特定温度读取。另一种形式就是通过温度变送器将温度探头的的温度检测信号转换为更强大的模拟信号,如4-20mA电流信号,并将上述信号传输至PLC或数据采集器进行温度读取。

 

      某些领域的工程师错误地认为有线检测的形式可以节省成本并且对测量温度的质量没有影响,以下是为什么你不应该完全依赖这些理论,并在进行选择那种形式的探头连接时需要考虑的因素。

 

节省布线成本

      延长线和补偿线很昂贵,有时很脆弱。热电偶的信号必须由延长线或补偿电缆进行传输并确保其传输信号质量。一对延长线或补偿电缆的成本比一对长度相同的铜线高5到10倍,当温度监测的工艺点与温度读取设备之间的距离将是布线成本节省的关键,距离越长成本节省越多。

 

      当使用4线制Pt100和温度传感器进行温度测量时,只需要一对铜线来传输信号,而不是直接使用与Pt100接线的4线制连接的传输线,且热电阻的电阻随着导线长度的增加而变化,因为电缆电阻增加对测量的影响也将增加,通常温度变送器将能够自行补偿这种电阻。

 

      下图是三种不同条件下的布线模拟:热电偶J直接接线,3线制PT100热电阻直接接线以及通过温度变送器测量的任何探头。可明显看出随着线距增加,通过变送器连接任意探头的的连接形式大大降低了成本,有些特殊的热电偶,延长线可能昂贵,成本节省的优势更明显。

 

降低系统成本

      大多数设备(如PLC或数据记录器)仅接受标准模拟输入(即0-10V或4-20mA)。扩展模块现已广泛应用,但与单点温度变送器相比它们的成本更高。除了扩展模块的更高成本之外,该过程仍然需要直接布线,这种连接形式不推荐的其他所有原因将在本文中提及。

 

保护测量不受工厂噪音的影响

      热电偶和热电阻信号由于振幅小而非常容易受到工厂噪声的影响。几乎每个工厂都存在EMI(电磁干扰)和RFI(射频干扰),当使用直接布线时,这些会影响测量信号。变送器在EMC(电磁兼容性)测试中耐受性强,并确保能消除可能影响测量的其他干扰。

 

更易于维护和调试

      温度变送器可以更轻松、更快速地进行诊断、接线和配置。在对温度测量系统进行故障排除时,这些设施使现场工程师的工作更加轻松。即使传感器损坏时,变送器仍会输出特定的错误的电流值,有些甚至可以提供USB或HART通讯协议,从而便于配置和诊断。

 

传感器灵活性

      大多数温度变送器都具有通用输入,可以读取各种类型温度传感器。 这使安装人员更容易更换传感器,并大大降低了分销商和测量系统供应商的库存水平。 例如,如果需要扩展系统的测量范围,可以更换传感器,并且仍可以将相同的变送器连接到PLC或数据记录器。

避免接地回路

      接地回路是温度测量应用中造成噪声和干扰的主要原因。 它是由同一电路中具有不同电位的两个接地点引起的。 当在需要快速响应温度变化的应用中使用接地热电偶时,通常会观察到这种效应。

 

      通过在测量系统上安装隔离温度变送器可以避免接地回路。 这些变送器具有电流隔离,可中断两个接地之间的连接,并避免信号错误从输入流向变送器的输出。

总结:

      如今温度变送器在测量系统中的使用已经变得越来越普遍,有时也是必须的。 由于采用了细微加工处理技术,这些具有大尺寸和形状的设备是经济的解决方案。

 

      使用它们的好处不仅与节省成本有关,而且在其他设施方面的相关应用还将在维护,接线,诊断和测量质量方面提高正面受益。

 

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