Thermokoppel vs RTD: een temperatuursensor kiezen voor testmetingen

Temperatuur is de meest voorkomende meting op een testbank, en de eerste beslissing is het sensortype. Thermokoppel vs RTD is een keuze tussen bereik en robuustheid aan de ene kant en nauwkeurigheid en stabiliteit aan de andere kant. Dit artikel vergelijkt de twee sensortypen, legt de bedradingsdetails uit achter de meeste meetfouten en somt de ICP DAS-modules op die elk type uitlezen.

Hoe de twee sensoren werken

Een thermokoppel is een verbinding van twee verschillende metalen. Het levert een kleine spanning die afhangt van het temperatuurverschil tussen de meetverbinding en het punt waar de thermokoppeldraden aansluiten op koper, de koude junctie. Een type K-thermokoppel geeft ongeveer 41 µV per °C, dus de ingang moet microvolts kunnen onderscheiden en ruis moet onderdrukken.

Een RTD (resistance temperature detector) is een weerstand waarvan de waarde stijgt met de temperatuur. Een Pt100 heeft 100 Ω bij 0 °C en verandert ongeveer 0,385 Ω per °C; een Pt1000 heeft 1000 Ω bij 0 °C. De ingangsmodule stuurt een kleine stroom door de sensor en meet de spanning erover.

Thermokoppel vs RTD in één oogopslag

Kies een RTD wanneer u nauwkeurigheid en stabiliteit nodig heeft tussen ongeveer −200 en +600 °C. Kies een thermokoppel voor hogere temperaturen, kleine of snelle voelers en zware mechanische omstandigheden.

Koude-junctiecompensatie

Een thermokoppel meet een verschil. Om de absolute temperatuur te krijgen, meet de module de temperatuur aan de eigen aansluitklemmen en telt de overeenkomstige thermokoppelspanning erbij op. Deze koude-junctiecompensatie (CJC) is alleen zo goed als de temperatuurovereenkomst tussen de klemmen en de CJC-sensor, dus plaats modules uit de buurt van warmtebronnen en tocht. Leid thermokoppel- of passende verlengkabel helemaal naar de ingangsklemmen; een koperen deel ertussen creëert nieuwe junctions op een onbekende temperatuur.

Van de ICP DAS-ingangen compenseren de ET-2218HS-16 en USB-4018HS automatisch op elk kanaal. De M-7018-16-G en de SG-3011-conditioner bieden een instelbare CJC-offset voor fijne kalibratie. Voor PCI-1800U-kaarten heeft het DB-8225-klemmenbord een koude-junctieschakeling op analoog ingangskanaal 1.

Leidingweerstand: 2-, 3- en 4-draads RTD-aansluitingen

Bij een 2-draadsaansluiting telt de leidingweerstand direct op bij de weerstand van de sensor.

Uitgewerkt voorbeeld: een Pt100 op 10 m koperkabel van 0,5 mm² ziet ongeveer 0,34 Ω per ader, of 0,69 Ω in de lus. Gedeeld door 0,385 Ω/°C is de aflezing ongeveer 1,8 °C te hoog. Dezelfde kabel met een Pt1000 geeft een fout van ongeveer 0,18 °C, omdat de sensor per graad tien keer zoveel verandert.

Een 3-draadsaansluiting gebruikt een derde ader om de leidingweerstand te meten en af te trekken, uitgaande van gelijke aders, en is de gebruikelijke keuze voor bedrading op de testbank. Een 4-draadsaansluiting voert de voedingsstroom over het ene paar en meet de spanning op het andere, waardoor de leidingweerstand uit het resultaat verdwijnt; gebruik dit voor kalibratie en referentiemetingen.

De M-7015P-G, ET-2215H, ET-7015 en ET-7215 bieden 3-draads eliminatie van leidingweerstand. De M-7033-G accepteert 2-, 3- en 4-draads RTD's, met eliminatie van leidingweerstand voor 3- en 4-draadsaansluitingen.

Responstijd en samplefrequentie

De responstijd van de sensor hangt vooral af van de constructie en het thermische contact met het testobject. Dunne, blootliggende thermokoppelverbindingen reageren het snelst; een beschermde voeler van elk type reageert trager naarmate de diameter toeneemt.

De ingangsmodule moet ook snel genoeg samplen. Standaard meerkanaalsmodules delen hun samplefrequentie over de kanalen: de M-7018-G samplet in totaal 10 Hz over 8 kanalen en de M-7015-G 12 Hz over 6, wat geschikt is voor trage thermische tests. Voor snelle transiënten samplen de ET-2218HS-16 en USB-4018HS thermokoppels met 100 Hz per kanaal, en de ET-2215H samplet RTD's met 90 Hz per kanaal in de snelle modus, met een nauwkeurigheid van ±0,1 % van FSR tegenover ±0,05 % in de normale modus bij 1,5 Hz. De SG-3011H thermokoppelconditioner heeft een via schakelaar instelbare responstijd van 0,5 ms of 100 ms.

Welke ICP DAS-modules passen

Thermokoppelingangen

• M-7018-G (8 kanalen) en M-7018-16-G (16 kanalen): RS-485-modules met Modbus RTU en DCON, differentiële ingangen voor typen J, K, T, E, R, S, B, N en C, plus spannings- en stroombereiken. De M-7018R-G voegt 240 Vrms overspanningsbeveiliging en detectie van een open thermokoppel toe.
• M-7019R-G: universele 8-kanaals ingang voor thermokoppels (inclusief typen L, M en L DIN43710), spanning en stroom, met een individueel bereik per kanaal.
• ET-2218HS-16: 16-kanaals Ethernet-module met standaard thermokoppelconnectoren, 100 Hz per kanaal en automatische CJC.
• USB-4018HS en USB-4018HS-16: 8 of 16 kanalen via USB, door de bus gevoed, ±0,5 °C nauwkeurigheid en 100 Hz per kanaal.

RTD-ingangen

• M-7015-G: 6-kanaals RS-485-module voor Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 en Cu1000 met detectie van een open draad; de M-7015P-G voegt eliminatie van 3-draads leidingweerstand toe. De M-7033-G heeft 3 kanalen voor 2-, 3- of 4-draads RTD's.
• ET-2215H en ET-2215H-16: 8 of 16 snelle RTD-kanalen op Ethernet, 90 Hz per kanaal.
• ET-7015 en ET-7215: 7-kanaals Ethernet-RTD-modules, ontworpen voor RTD-bedrading over grote afstanden.

Signaalconditioners

Voor DAQ-kaarten of PLC's met spannings- of stroomingangen zetten de SG-3011 (thermokoppel) en SG-3013 (RTD) één sensor om naar een spannings- of stroomuitgang, met 1000 VDC driewegisolatie.

Stuur uw sensortypen, temperatuurbereiken, aantal kanalen en vereiste samplefrequentie naar ons technisch verkoopteam, dan stellen wij geschikte modules voor.