Termopara a RTD: wybór czujnika temperatury do testów

Temperatura to najczęstszy pomiar na stanowisku testowym, a pierwszą decyzją jest typ czujnika. Wybór między termoparą a RTD to kompromis między zakresem i odpornością z jednej strony a dokładnością i stabilnością z drugiej. Ten artykuł porównuje oba typy czujników, wyjaśnia szczegóły okablowania, które stoją za większością błędów pomiarowych, i wymienia moduły ICP DAS, które odczytują każdy z tych typów.

Jak działają oba czujniki

Termopara to złącze dwóch różnych metali. Wytwarza ona niewielkie napięcie zależne od różnicy temperatur między złączem pomiarowym a punktem, w którym przewody termopary łączą się z miedzią, czyli zimnym złączem. Termopara typu K daje około 41 µV na °C, dlatego wejście musi rozróżniać mikrowolty i tłumić szumy.

RTD (rezystancyjny czujnik temperatury) to rezystor, którego wartość rośnie wraz z temperaturą. Pt100 ma 100 Ω w 0 °C i zmienia się o około 0,385 Ω na °C; Pt1000 ma 1000 Ω w 0 °C. Moduł wejściowy wymusza przez czujnik niewielki prąd i mierzy napięcie na nim.

Termopara a RTD w skrócie

Wybierz RTD, gdy potrzebujesz dokładności i stabilności w zakresie około −200 do +600 °C. Wybierz termoparę do wyższych temperatur, małych lub szybkich sond oraz trudnych warunków mechanicznych.

Kompensacja zimnego złącza

Termopara mierzy różnicę. Aby uzyskać bezwzględną temperaturę, moduł mierzy temperaturę na własnych zaciskach i dodaje odpowiadające jej napięcie termoparowe. Ta kompensacja zimnego złącza (CJC) jest tak dobra, jak zgodność temperatur między zaciskami a czujnikiem CJC, dlatego montuj moduły z dala od źródeł ciepła i przeciągów. Prowadź przewód termoparowy lub przedłużający aż do zacisków wejściowych; odcinek miedziany pośrodku tworzy nowe złącza o nieznanej temperaturze.

Spośród wejść ICP DAS, ET-2218HS-16 i USB-4018HS kompensują automatycznie na każdym kanale. M-7018-16-G oraz kondycjoner SG-3011 zapewniają regulowane przesunięcie CJC do precyzyjnej kalibracji. Dla kart PCI-1800U płytka zaciskowa DB-8225 ma obwód zimnego złącza na kanale wejścia analogowego 1.

Rezystancja przewodów: połączenia RTD 2-, 3- i 4-przewodowe

W połączeniu 2-przewodowym rezystancja przewodów dodaje się bezpośrednio do rezystancji czujnika.

Przykład: Pt100 na 10 m miedzianego przewodu 0,5 mm² widzi około 0,34 Ω na przewód, czyli 0,69 Ω w pętli. Po podzieleniu przez 0,385 Ω/°C odczyt jest zawyżony o około 1,8 °C. Ten sam kabel z Pt1000 daje błąd około 0,18 °C, ponieważ czujnik zmienia się dziesięciokrotnie bardziej na stopień.

Połączenie 3-przewodowe wykorzystuje trzeci przewód do zmierzenia i odjęcia rezystancji przewodów, przy założeniu, że wszystkie przewody są jednakowe, i jest zwykłym wyborem przy okablowaniu stanowiska testowego. Połączenie 4-przewodowe prowadzi prąd wzbudzenia jedną parą, a napięcie mierzy drugą, co usuwa rezystancję przewodów z wyniku; stosuj je do kalibracji i pomiarów referencyjnych.

M-7015P-G, ET-2215H, ET-7015 i ET-7215 zapewniają eliminację rezystancji przewodów w układzie 3-przewodowym. M-7033-G przyjmuje RTD 2-, 3- i 4-przewodowe, z eliminacją rezystancji przewodów dla połączeń 3- i 4-przewodowych.

Czas odpowiedzi i częstotliwość próbkowania

Czas odpowiedzi czujnika zależy głównie od konstrukcji i kontaktu termicznego z obiektem badanym. Cienkie, odsłonięte złącza termoparowe reagują najszybciej; sonda w osłonie, niezależnie od typu, reaguje wolniej w miarę wzrostu jej średnicy.

Moduł wejściowy również musi próbkować wystarczająco szybko. Standardowe moduły wielokanałowe dzielą częstotliwość próbkowania między kanały: M-7018-G próbkuje łącznie 10 Hz na 8 kanałach, a M-7015-G 12 Hz na 6, co wystarcza przy wolnych testach termicznych. Przy szybkich przebiegach przejściowych ET-2218HS-16 i USB-4018HS próbkują termopary z częstotliwością 100 Hz na kanał, a ET-2215H próbkuje RTD z częstotliwością 90 Hz na kanał w trybie szybkim, z dokładnością ±0,1 % FSR wobec ±0,05 % w trybie normalnym przy 1,5 Hz. Kondycjoner termoparowy SG-3011H ma przełączany czas odpowiedzi 0,5 ms lub 100 ms.

Które moduły ICP DAS pasują

Wejścia termoparowe

• M-7018-G (8 kanałów) i M-7018-16-G (16 kanałów): moduły RS-485 z Modbus RTU i DCON, wejścia różnicowe dla typów J, K, T, E, R, S, B, N i C, a także zakresy napięciowe i prądowe. M-7018R-G dodaje ochronę przed przepięciem 240 Vrms oraz wykrywanie przerwanej termopary.
• M-7019R-G: uniwersalne 8-kanałowe wejście dla termopar (w tym typów L, M i L DIN43710), napięcia i prądu, z indywidualnym zakresem na każdy kanał.
• ET-2218HS-16: 16-kanałowy moduł Ethernet ze standardowymi złączami termoparowymi, 100 Hz na kanał i automatycznym CJC.
• USB-4018HS i USB-4018HS-16: 8 lub 16 kanałów na USB, zasilane z magistrali, dokładność ±0,5 °C i 100 Hz na kanał.

Wejścia RTD

• M-7015-G: 6-kanałowy moduł RS-485 dla Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 i Cu1000 z wykrywaniem przerwania przewodu; M-7015P-G dodaje eliminację rezystancji przewodów w układzie 3-przewodowym. M-7033-G ma 3 kanały dla RTD 2-, 3- lub 4-przewodowych.
• ET-2215H i ET-2215H-16: 8 lub 16 szybkich kanałów RTD na Ethernecie, 90 Hz na kanał.
• ET-7015 i ET-7215: 7-kanałowe moduły RTD na Ethernecie, zaprojektowane do długodystansowego okablowania RTD.

Kondycjonery sygnałów

Dla kart DAQ lub sterowników PLC z wejściami napięciowymi lub prądowymi, SG-3011 (termopara) i SG-3013 (RTD) przetwarzają jeden czujnik na wyjście napięciowe lub prądowe, z izolacją trójdrożną 1000 VDC.

Wyślij typy czujników, zakresy temperatur, liczbę kanałów i wymaganą częstotliwość próbkowania do naszego zespołu sprzedaży technicznej, a zaproponujemy odpowiednie moduły.