Pregunteu a cinc persones què significa "PT100" i normalment obtindreu "algun tipus de sensor de temperatura" com a resposta completa. Està bé si només esteu xerrant -, però si sou vosaltres qui escriviu les especificacions de compra, els buits d'aquesta resposta són exactament on apareixen els problemes més tard: un sensor que es llegeix bé al banc però que es desvia un cop soldat a un termowell, o un que és tècnicament correcte però connectat de manera incorrecta per al transmissor que s'alimenta.
Aquest article tracta la mecànica de com un PT100 mesura realment la temperatura, les diferències pràctiques entre els tipus de sensors entre els quals triareu i - perquè la teoria només us porta fins ara - una situació real en què un d'aquests detalls malament va causar un problema mesurable en una línia de producció.
Què és realment un PT100
Un PT100 és un detector de temperatura de resistència (RTD) - un element de platí la resistència elèctrica del qual canvia d'una manera coneguda i repetible a mesura que canvia la temperatura. El "100" del nom és el valor de la resistència a 0 graus: exactament 100 ohms. Escalfeu-lo, la resistència puja; refredar-lo, la resistència baixa.
El platí no és l'únic metall que fa - RTD de níquel i coure també existeixen -, però el platí ha guanyat per a l'ús industrial perquè no s'oxida fàcilment, manté el seu calibratge durant anys de cicle tèrmic i la seva corba de resistència està prou ben-definida com perquè s'hagi estandarditzat a nivell internacional. Aquest estàndard és IEC 60751, i és el document al qual fa referència silenciosa la fitxa de tots els fabricants de bona reputació, fins i tot quan no ho diuen directament.
Físicament, l'element es troba dins d'una funda metàl·lica - generalment d'acer inoxidable 316, de vegades Inconel o Hastelloy per a mitjans desagradables - amb cables que surten a un transmissor o a la targeta d'entrada analògica d'un controlador. El sensor en si no té pantalla ni lògica; només canvia la resistència. Tota la resta passa aigües avall.
La física darrere de la lectura
Per què la resistència canvia amb la temperatura
A mesura que el platí s'escalfa, augmenta la vibració atòmica, cosa que dificulta que els electrons es moguin a través de la xarxa - augmenta la resistència. Aquesta relació no és lineal en tot l'interval, però és prou propera i prou-ben caracteritzada, perquè es recull en una equació i no només en una taula de cerca: l'equació de Callendar-Van Dusen.
Per a temperatures superiors a 0 graus, la forma simplificada és:
Rt=R0 [1 + A + Bt²]
R0 és de 100 ohms per a un PT100, i A i B són constants fixes de l'IEC 60751. Per sota de 0 graus s'afegeix un tercer terme perquè la corba es doblega lleugerament diferent allà avall. No cal que memoritzeu aquest -, però val la pena saber que existeix, perquè és el motiu pel qual un "PT100" d'un fabricant i un "PT100" d'un altre estaran d'acord entre ells a una temperatura determinada, en comptes que cadascun tingui la seva pròpia corba privada.
Un número que val la pena recordar: a 100 graus, un PT100 estàndard llegeix aproximadament 138,5 ohms. Si esteu solucionant problemes d'un sensor amb un multímetre i no s'apropa gaire al que hauria de ser de 100 graus, hi ha alguna cosa malament - ja sigui l'element, el cablejat o la vostra hipòtesi sobre quina temperatura es troba realment.
També hi ha una divisió que hauríeu de conèixer abans de fer la comanda: la "corba europea" (alfa=0.00385) és l'estàndard a tot arreu fora d'Amèrica del Nord, mentre que una "corba americana" més antiga (0,00392) encara apareix en alguns equips antics. Barrejar els dos en una adaptació és una font clàssica d'una lectura de temperatura que s'apaga uns quants graus sense cap raó òbvia.
Convertint la resistència en un nombre que pots llegir
Un transmissor fa passar un petit corrent a través de l'element, mesura la tensió a través d'ell, calcula la resistència i aplica la corba per escopir una temperatura. Això és tot. També és per això que un PT100 és bàsicament inútil sense un transmissor o una targeta d'entrada compatible amb RTD-darrera - el sensor només és la meitat de la cadena de mesura.
El detall del cablejat que realment causa problemes de camp
Aquí és on moltes decisions de compra van malament, i rarament és perquè algú va ser descuidat -, simplement no és obvi tret que algú t'ho hagi dit.
2 filsés el més barat, però la resistència del cable de plom s'afegeix directament a la lectura. Més d'un cable de 30-metres, aquest error ja no és trivial. Multa per tirades curtes o seguiment no crític; no està bé per a res del que vulguis controlar.
3 filsés l'opció predeterminada per a la majoria de treballs industrials. Un tercer cable permet al transmissor estimar i cancel·lar la resistència del cable, suposant que els tres conductors coincideixen en longitud i calibre. Bon equilibri de cost i precisió, per això és el que trobareu a la majoria de transmissors de procés venuts avui.
4 filselimina gairebé completament l'error de resistència del cable separant els cables de detecció-de corrent i de tensió-. Això és el que voleu per als estàndards de referència de calibració o en qualsevol lloc on les fraccions de grau realment importen -, però és un excés, i un cost addicional, per a molts punts de control generals.
L'error que veig més sovint és no triar el tipus de cablejat incorrecte de manera aïllada - és demanar un sensor de 3 fils per a un transmissor que s'ha configurat per a una entrada de 2 fils, o viceversa. El sensor i l'instrument han de coincidir, i aquest detall és fàcil de perdre's quan l'adquisició i la instrumentació són dues persones diferents que treballen amb dos documents diferents.
Filferro-Ferida contra elements-pel·lícules prims
Fil{0}}enrotllatels elements - filferro de platí enrotllats al voltant d'un nucli de ceràmica o vidre - solen mantenir la calibració molt bé durant una llarga vida útil i grans oscil·lacions de temperatura. Són més cars i una mica més fràgils mecànicament.
Pel·lícula-primaEls elements es fan dipositant platí sobre un substrat ceràmic, de manera similar a com es construeix un microxip. Són més petits, més barats de produir a volum i aguanten millor les vibracions -, per això s'han apoderat en gran part de l'ús industrial general i OEM. La compensació-és un rang de temperatura nominal més estret en comparació amb les versions de filferro-premium, tot i que per a la majoria de treballs de procés mai s'acosta el sostre.
Si la vostra aplicació és lleu - penseu en els conductes de climatització, la supervisió general de tancs - la pel·lícula fina- és gairebé sempre l'opció econòmica i raonable. Estalvieu el fil-bobinat per a aplicacions d'alta-temperatura o de-servici-de llarga durada on l'estabilitat addicional recupera el seu cost.
PT100 vs. Termopar vs. PT1000
Compradors nousinstrumentació de temperaturasovint es pregunten quins d'aquests tres haurien d'especificar realment.
Contra atermoparell, un PT100 guanya en precisió i-estabilitat a llarg termini en el rang baix-a-mig (aproximadament entre -200 graus i 850 graus ) i no requereix compensació de la unió freda. Un termoparell guanya on les temperatures són més altes que les que pot suportar el platí, o on necessiteu una resposta més ràpida i es pot viure amb una precisió menor.
Contra aPT1000, el principi de funcionament és idèntic - mateix platí, mateixa física - només 1.000 ohms a 0 graus en comptes de 100. Aquesta resistència base més alta fa que l'error del cable-de plom sigui proporcionalment menor, de manera que un PT1000 sovint pot sortir-se amb 2-cables de precisió sense una penalització de cable PT10. Això fa que PT1000 sigui una opció habitual en l'automatització d'edificis, on els cables són llargs, però no busqueu una precisió de laboratori.
Un cas real: quan "Prou a prop" no ho era
Una operació de-processament d'aliments amb una línia de pasteurització feia setmanes que obtenia lectures inconsistents de la temperatura del lot - gens espectacular, només un parell de graus de deriva que apareixien de manera intermitent i no es correlacionaven amb res obvi en el procés en si. Manteniment ja havia canviat el sensor una vegada, va suposar que solucionava el problema i va continuar. Va tornar un mes després.
La causa real va resultar ser el cablejat, no el sensor: el PT100 de 3-fills original s'havia substituït per una unitat d'un proveïdor diferent el calibre del cable del qual era lleugerament diferent de l'execució original, la qual cosa va eliminar la compensació de resistència del cable-que calculava el transmissor. Sobre el paper, tots dos sensors complien les especificacions. A la pràctica, el desajust era prou gran com per impulsar la lectura fora de la tolerància que importava per al temps de retenció de la pasteurització - un paràmetre de seguretat alimentària, no un cosmètic.
La solució no va ser un sensor millor. Estava estandarditzant el calibre i la longitud del cable de plom a tot l'estoc de recanvi d'aquesta línia i afegint una comprovació ràpida de la resistència a temperatura ambient com a pas d'inspecció de recepció-abans que qualsevol sensor nou entrés en servei. La lliçó es generalitza: un PT100 només és tan precís com tota la cadena de mesura que l'envolta, i "el mateix número de peça" no sempre significa "el mateix cable real".
Què cal comprovar realment abans de fer la comanda
Per a la majoria dels compradors, la decisió es redueix a cinc preguntes, aproximadament en aquest ordre d'importància:
- Quin és el rang de temperatura del procés i fins a quin punt ha de ser la tolerància?Això decideix que la classe de precisió - La classe B (±0,30 graus a 0 graus ) cobreix la monitorització més general; La classe A o 1/3 DIN val la pena per als bucles de control o processos regulats.
- Quin cablejat espera el vostre transmissor o targeta PLC?Confirmeu-ho abans de fer la comanda, no després de -, és la causa més comuna de problemes evitables al camp.
- Quin és el material de la funda i el diàmetre de la sonda adequats al vostre mitjà de procés i pressió?Les aplicacions corrosives o d'alta-pressió solen requerir també un pou tèrmic, tant per protegir-se i així es pot canviar el sensor sense apagar-lo.
- Necessites un transmissor-muntat al cap?La conversió a un senyal de 4-20 mA directament al sensor millora la immunitat al soroll en llargs recorreguts de cable i val la pena el cost addicional en entorns elèctricament sorollosos.
- Quin és el vostre pla de calibratge i substitució?Els sensors es desplacen durant anys de cicle tèrmic. Els processos crítics normalment es revisen anualment; Els punts de control de-apostes baixes poden durar més temps.
Notes d'instal·lació que val la pena conèixer
La profunditat d'inserció importa més del que la majoria de la gent espera - la punta de detecció ha d'arribar al flux o al medi real, no només travessant la paret de la canonada, o acabeu mesurant la capa límit en lloc del procés. Els thermowells valen el cost addicional en qualsevol lloc on la pressió, la corrosió o la necessitat de reemplaçar-en calent sigui un factor. I si esteu resolent una lectura que sembla desactivada, comproveu la resistència a una temperatura de referència coneguda (l'aigua gelada és una referència barata i fiable de 0 graus) abans de suposar que el problema és el transmissor o el procés en si.
Línia de fons
La física darrere d'un PT100 és senzilla i no ha canviat en dècades - La resistència del platí augmenta de manera previsible amb la temperatura, i aquesta relació està estandarditzada perquè els instruments de diferents fabricants estiguin d'acord entre ells. On els compradors s'equivoquen no és la selecció del sensor en si; són els detalls al seu voltant - configuració del cablejat, consistència del cable conductor, material de la funda per a les condicions reals del procés. Feu-los bé a l'etapa d'especificacions i la part del sensor és la part fàcil.
Si proveu sensors PT100 per a una línia o peça d'equip específics, enviar al vostre proveïdor l'interval de temperatura, la classe de precisió requerida, el tipus de cablejat i l'entorn d'instal·lació per endavant - en comptes de només un número de peça - és normalment el que separa un sensor que funciona d'un que s'intercanvia dues vegades abans que algú trobi el problema real.
Preguntes freqüents
És el mateix PT100 que un RTD?
No - PT100 és un tipus específic de RTD, fet de platí amb una resistència de 100 ohms a 0 graus . RTD és la categoria més àmplia, que també inclou sensors PT500, PT1000 i níquel- o coure-.
Quina precisió és realment un sensor PT100?
La classe B té una precisió d'aproximadament ± 0,30 graus a 0 graus. La classe A l'ajusta a uns ±0,15 graus aproximadament. Els sensors DIN d'1/10 d'alta-precisió arriben a ±0,03 graus, que és principalment una especificació estàndard de laboratori o de calibratge-en lloc d'alguna cosa que necessita un seguiment de processos generals.
Pot un PT100 suportar temperatures inferiors a -zero?
Sí, les unitats estàndard tenen una classificació inferior a uns -200 graus , cosa que cobreix la majoria d'aplicacions criogèniques i de cadena de fred sense necessitat de res especialitzat.
Per què alguns sensors PT100 tenen tres o quatre cables en comptes de dos?
Els cables addicionals permeten a l'instrument restar la resistència del propi cable conductor, que d'altra manera es comptaria com a part del senyal de temperatura -, un error que augmenta amb la longitud del cable.
Referències
- Comissió Electrotècnica Internacional.IEC 60751 - Termòmetres de resistència de platí industrials i sensors de temperatura de platí.
- Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST).Escala de temperatura ITS-90 i dades de referència de termometria de resistència al platí.
- Enginyeria Omega.Guia de referència RTD (Resistance Temperature Detector).
- Fluke Corporation.Calibració: Filosofia a la pràctica - Termometria de resistència.
