Termoparin kylmäliitos: miksi sillä on todella merkitystä ja kuinka CJC toimii

Jos olet joskus vertaillut kahta termoparia samassa putkessa ja nähnyt niiden olevan muutaman asteen eri mieltä, anturin kärjessä ei todennäköisesti ollut ongelma. Useimmiten vastaus on silmukan toisessa päässä, riviliittimessä, jossa termoparin johdot kohtaavat instrumentin. Tämä liitoskohta on kylmä risteys, ja kun ymmärrät, mitä se tekee, termoparin mittaus lakkaa tuntumasta arvailulta.

Tässä artikkelissa käydään läpi, mitä kylmäliitos on, miksi termopari ei voi ilmoittaa absoluuttista lämpötilaa ilman sitä, miten kylmäliitoksen kompensointi toimii nykyaikaisissa instrumenteissa ja mitkä tavat estävät vertailuristeyksen pilaamasta tietojasi hiljaa.

Kuinka lämpöpari tuottaa jännitteen

Termopari on kaksi eri metallilankaa, jotka on yhdistetty toisesta päästä. Tämä liitos, mittaus- tai kuumaliitos, on se, mitä asetat prosessiin. Kun metallit näkevät lämpötilaeron liitetyn pään ja vapaiden päiden välillä, Seebeck-ilmiö synnyttää pienen jännitteen, tyypillisesti kymmeniä mikrovoltteja celsiusastetta kohden.

Yksityiskohta, joka saa ihmiset kiinni, on tämä: tuo jännite ei vastaa mittausliitoslämpötilaa yksinään. Se vastaa mittausliitoksen ja johtimien päättymiskohdan välistä eroa. Tyypin K lämpöpari tuottaa noin 41 mikrovolttia celsiusastetta kohden, joten 5 °C:n siirtymä liittimissä näkyy 5 °C:n siirtymänä lukemassa, vaikka prosessi ei koskaan liikkunutkaan.

Mikä kylmäliitos oikein on?

Kylmäliitos, jota kutsutaan myös referenssiliitokseksi, muodostuu paikkaan, jossa termopari tai sen jatkojohdot kytkeytyvät lukulaitteeseen: lähettimen riviliittimeen, säätimen tuloon, dataloggeriin tai lämpötilalähettimeen.

Kaksi asiaa siinä ymmärretään yleensä väärin:

• Se ei ole vain huoneenlämpötila. Se on kyseisten liittimien todellinen lämpötila sillä hetkellä, riippumatta siitä, missä vedossa, kotelon lämmössä ja kaapelikuormituksessa on.
• Se ei ole aina yksi kätevä paikka. Jokainen väärällä johdolla tehty väliliitäntä luo ylimääräisen risteyksen, ja jokainen antaa oman jännitteensä.

Jos kupariruuvit tai piirilevyn raidat koskettavat lämpöparin johtoja, näistä kosketuspisteistä tulee osa lämpösähköistä piiriä. Liitäntäalueen pitäminen isotermisenä, eli kaikki liitännät samassa lämpötilassa, on hyvän kylmäliitossuunnittelun fyysinen perusta.

Jääkylvyistä sähköiseen korvaukseen

Suurimman osan viime vuosisadasta vertailukohtaa pidettiin tunnetussa 0 °C:ssa sulavan jään pullossa. Mitattua jännitettä voitaisiin sitten verrata suoraan julkaistuihin taulukoihin, jotka on rakennettu kyseiseen viitteeseen. Se oli tarkka, ja se on edelleenkin nykyään käytettyjen tavallisten termoelementtipöytien idea, mutta se tuskin on käytännöllinen petrokemian yksikössä tai lämpökäsittelyuunin vieressä.

Nykyaikaiset laitteet ratkaisevat ongelman sähköisesti. Sen sijaan, että pakottaisivat kylmän liitoksen 0 °C:seen, ne mittaavat sen todellisen lämpötilan ja lisäävät jännitteen, jonka termopari olisi tuottanut, jos sen vertailuarvo olisi 0 °C. Tämä lisätty määrä on kylmäliitoksen kompensointijännite.

Kuinka kylmäliitoksen kompensointi toimii

Lähettimen, ohjaimen tai tiedonkeruukortin sisällä prosessi jakautuu kolmeen vaiheeseen.

1. Mittaa terminaalin lämpötila. Pieni RTD-, termistori- tai silikonianturi sijaitsee riviliittimen vieressä, niin lähellä todellista risteystä kuin asettelu sallii.
2. Muunna tämä lämpötila vastaavaksi termoparin EMF:ksi. Laite laskee käytössä olevan termoparityypin vakiotaulukoiden avulla jännitteen, joka ilmaantuisi, jos mittausliitos olisi kyseisessä terminaalilämpötilassa, kun referenssi pysyy 0 °C:ssa.
3. Lisää ja linearisoi. Kompensointijännite lisätään mitattuun signaaliin ja summa muunnetaan polynomien tai hakutaulukoiden avulla lopulliseksi lämpötila-arvoksi.

Koska korjaus riippuu termoparin tyypistä, kompensointi on voimassa vain, kun instrumentin tulo, anturi ja laajennusjohdotus täsmäävät. Tyypin K anturi, joka syöttää tyypille J määritettyä lähetintä, antaa systemaattisen siirtymän, jota mikään uudelleenkalibrointi ei poista. Ohjelmistopohjainen kompensointi tiedonkeruujärjestelmässä noudattaa samaa logiikkaa, mutta referenssianturi on usein kauempana päätelaitteista, ja juuri tällä etäisyydellä tarkkuus häviää helpoimmin.

Common Cold Junctionin sudenkuopat

Useimmat kuulemamme kylmäliitosongelmat jakautuvat kouralliseen kuvioon. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto siitä, mikä yleensä menee pieleen ja mikä korjaa sen.

Jatko- ja kompensointijohto ansaitsee erityisen maininnan, koska se on se osa silmukasta, joka useimmiten korvataan sillä, mikä oli varastossa. Kuparikaapeli on hyvä kuljettamaan 4-20 mA signaalia, mutta se ei voi kuljettaa lämpöparisignaalia ilman, että se muodostaa uuden liitoksen molempiin päihin. Tasauslanka on valmistettu termoelementin tyyppiin sovitetuista seoksista, ja sen lämpötilaluokituksen on katettava kuumin kohta, jonka se kulkee, mukaan lukien kaikki kuuman astian tai uunin kotelon poikki kulkeva osa.

Lasikuitu korkean lämpötilan ruostumattomasta teräksestä punottu lämpöparin kompensointilanka Tämä lasikuitueristeinen ruostumattomasta teräksestä punottu kompensointilanka ulottuu lämpöparisilmukoille -50 - 1600 °C ja tukee tarjous- tai PDF-pyyntöjä. Näytä tuote →

Laitteisto, joka hoitaa kylmän risteyksen puolestasi

Kylmän risteyksen tosiasiallinen sijainti riippuu siitä, missä päätät digitoida signaalin. Kolme järjestelyä kattaa useimmat teollisuusasennukset:

• Suora johdotus ohjaimeen tai tulokorttiin, referenssianturi instrumentin sisällä.
• Anturin päähän kiinnitettävä tai kenttälähetin, joka suorittaa kompensoinnin paikallisesti ja lähettää 4-20 mA tai digitaalisen signaalin valvomoon.
• Kaapissa kiskoon asennettu lähetin antureille, joihin on hankala päästä käsiksi.

Lähettimen siirtäminen ulos anturiin on usein suurin yksittäinen saatavilla oleva parannus. Termopari ja sen jatkojohdotus lyhenevät, väliliitokset häviävät ja signaali kulkee suurimman osan matkasta vahvana virtasilmukana mikrovolttitason EMF:n sijaan. Integroidut lämpötilalähettimemme on rakennettu juuri tätä järjestelyä varten, ja referenssiliitos käsitellään kotelon sisällä pikemminkin kuin pitkän kaapelin perässä.

Integroitu lämpötilalähetin SBWR/SBWZ kaksijohtimisella 4-20 mA ulostulolla SBWR/SBWZ-moduulit asennetaan termopariin tai RTD-liitäntäkoteloihin lyhentäen anturin johdotusta ja lähettäen lineaarista 4-20 mA mittausta ja ohjausta varten. Näytä tuote →

Jos punnitat analogia älykkäisiin lähettimiin, oppaamme on kuinka lämpötilalähettimet toimivat kattaa tarkemmin tarkkuusluokat, driftin ja valintakriteerit.

Käytännön tapoja luotettavaan kylmän risteykseen

Asennuksen aikana

• Pidä jokainen termoparin liitin yhden isotermisen vyöhykkeen sisällä sen sijaan, että jakaisit sen kahdelle lohkolle.
• Älä asenna riviliittimiä tai lähettimiä suoraan kontaktorien, asemien tai teholähteiden yläpuolelle.
• Käytä lämpöpariluokan lankaa, noudata sen lämpötilaluokitusta ja tarkista napaisuus ennen kiristämistä.
• Suojaa liittimet suoralta ilmavirralta ja auringonvalolta, erityisesti ulkokoteloissa.

Palvelussa

• Tarkista silmukka tunnettuun referenssiin, kuten kuivalohkokalibraattoriin tai simuloituun millivolttituloon.
• Tarkista liittimet hapettumisen varalta ja kiristä ne uudelleen uuden asennuksen ensimmäisten lämpöjaksojen jälkeen.
• Tallenna kaapin lämpötila prosessilukemien rinnalle; kausiluonteinen ajautuminen vakaassa prosessissa viittaa yleensä koteloon, ei anturiin.

Ohjauspuolella äänireferenssiliitoskäsittelyllä varustettu ohjain ottaa tämän työn pois käyttäjän käsistä. Kompaktit digitaaliset PID-lämpötilansäätimemme hyväksyvät termoparitulot suoraan ja hallitsevat kylmäliitosta sisäisesti, mikä pitää pienet alustat, inkubaattorit ja uunit yksinkertaisena rakentaa ja yksinkertaisena huoltaa.

Kompakti digitaalinen PID-lämpötilansäädin xmtg1001 sisäisellä kylmäliitoskäsittelyllä Tämä 48 × 48 mm:n ohjain hyväksyy pienille alustalle, inkubaattoreille tai uuneille termoparitulot ja hallitsee referenssiliitosta sisäisesti relelähdön avulla. Näytä tuote →

Silmukan käsitteleminen yhtenä järjestelmänä

Kylmän liitoksen käyttäytyminen on yksi osa mittaussilmukkaa, ja silmukan muu osa ansaitsee saman huomion. Anturin tyyppi, vaipan materiaali, suojaputki, asennustapa ja kaapelin reitti vaikuttavat kaikki toisiinsa, eikä täydellisesti kompensoitu lähetin voi pelastaa lämpöparia, joka on asennettu paikkaan, jossa se ei kestä. Petrokemian laitoksissa vedenpitävä, kulutusta kestävä termopari, joka on yhdistetty oikein mitoitettuun kompensointilangaan, on yleensä tärkeämpi kuin pieni ero luettelon tarkkuudessa. Korkean lämpötilan prosesseissa platina-rodium- ja volframi-renium-anturit pitävät mittausliitoksen luotettavana siellä, missä perusmetallityypit eivät kestäisi. Voit nähdä, kuinka nämä yhdistelmät yhdistyvät meidän kauttamme alan sovellussivut .

Tämän ei tarvitse olla monimutkaista. Hyväksy, että lämpöpari raportoi eron absoluuttisen arvon sijaan, anna referenssiliitokselle vakaa ja isoterminen koti, käytä anturia vastaavaa lankaa ja anna hyvin määritellyn lähettimen tai ohjaimen käsitellä aritmetiikkaa. Tee nämä neljä asiaa ja kylmä risteys lakkaa olemasta piilotettu virhelähde ja siitä tulee sellainen kuin sen pitäisi olla: hiljainen, ymmärrettävä osa mittaussilmukkaa.