Lämpötila-anturin opas: tyypit, toimintaperiaatteet ja valintatekijät

Lämpötila on yksi teollisuuden useimmin mitatuista muuttujista, mutta silti lämpötila-anturi valitaan usein projektin myöhään. Olemme nähneet tämän mallin monta kertaa: anturi valitaan sen jälkeen, kun putki, uuni, säiliö tai ohjauspaneeli on jo suunniteltu. Tuloksena on yleensä kompromissi vastenopeuden, asennuksen sopivuuden tai käyttöiän suhteen. Käytännöllisempi lähestymistapa on ymmärtää, mitä anturin on tehtävä, ja sovittaa sitten anturielementti, suojaus, asennus ja signaalilähtö työhön.

Mitä lämpötila-anturi todella mittaa

Lämpötila-anturi on laite, joka muuntaa lämpötilan signaaliksi, joka voidaan lukea, lähettää tai ohjata. Tämä signaali voi olla resistanssiarvo, pieni jännite, virtasilmukka tai digitaalinen lukema. Tunteva elementti on vain yksi osa tarinaa. Teollisessa käytössä anturi sisältää yleensä suojavaipan, eristeen, liitäntäpään, prosessiliitännän ja joskus integroidun lähettimen.

Tästä syystä kaksi anturia, joilla on samanlainen tarkkuusvaatimus, voivat toimia hyvin eri tavalla. Vasteaika riippuu massasta ja lämpökosketuksesta. Stabiilisuus riippuu materiaaleista ja käyttölämpötilasta. Käyttöikä riippuu korroosiosta, tärinästä, kosteudesta ja asennussyvyydestä. Kokemuksemme mukaan paperilla oikealta näyttävä anturi voi pettää, jos kokoonpanoa ei soviteta todellisiin prosessiolosuhteisiin.

Tärkeimmät lämpötila-anturityypit

Suurin osa teollisista lämpötilamittauksista jakautuu muutamaan perheeseen: termoparit, vastuslämpötila-ilmaisimet, termistorit ja infrapuna-anturit. Bimetallilämpömittarit ovat yleisiä myös paikallisesti, kun taas kompaktit digitaaliset anturit palvelevat laitteita ja laboratoriosovelluksia. Jokaisella tyypillä on erilainen tasapaino alueen, tarkkuuden, nopeuden ja kustannusten välillä.

Termoparit valitaan usein uuneihin, poistoputkiin ja korkean lämpötilan prosesseihin, koska ne kestävät äärimmäistä lämpöä ja tärinää. RTD:t ovat suositeltavia, kun stabiiliudella ja tarkkuudella on merkitystä, erityisesti elintarvike-, lääke-, analyyttisissa ja alhaisempien lämpötilojen teollisissa sovelluksissa. Termistorit ovat hyödyllisiä pienikokoisissa laitteissa, joissa herkkyys on tärkeämpää kuin laaja alue. Infrapuna-anturit auttavat, kun kosketus on epäkäytännöllistä, mutta ne vaativat huolellista kohdistamista ja realistista näkymää pinnan emissiokyvystä.

Projekteissa, jotka tarvitsevat vakaan vastusreferenssin, tehtaalla suoraan Class A 316 RTD PT100 on käytännöllinen lähtökohta moniin keskilämpötilaisiin töihin.

Luokan A 316 RTD PT100 lämpötila-anturi Tehdassuora Pt100-anturi, joka kattaa -200 - 450 °C, luokan A tarkkuus ja 316 ruostumaton teräsrakenne takaavat vakaan keskilämpötilan kestävyyden. Näytä tuote →

Kuinka lämpötila-anturit toimivat käytännössä

Termoparissa käytetään Seebeck-ilmiötä: kaksi erilaista metallia tuottavat pienen jännitteen, kun niiden liitokset ovat eri lämpötiloissa. Mittausliitos on prosessissa, kun taas referenssiliitos on yleensä liittimissä tai lähettimen sisällä. Tästä syystä kylmäliitoskompensaatiolla on merkitystä. Ilman sitä lukema voi muuttua, kun liitäntäpää lämpenee tai jäähtyy.

TTK toimii eri tavalla. Sen vastus nousee ennustettavasti lämpötilan noustessa. Esimerkiksi PT100 on nimellisesti 100 ohmia 0 °C:ssa. Koska vastuksen muutos on pieni, lyijyresistanssi voi vaikuttaa tarkkuuteen. Kolmi- ja nelijohtiminen liitännät auttavat kompensoimaan kaapelin vastuksen. Termistori muuttaa myös vastusta lämpötilan mukaan, mutta yleensä jyrkemmin, epälineaarisesti kapealla alueella.

Infrapuna-anturit lukevat pinnan lähettämän lämpösäteilyn. Ne eivät mittaa ilman lämpötilaa suoraan eivätkä näe esteiden läpi. Emissiivisyys, kohteen koko, etäisyys ja taustaheijastus vaikuttavat kaikki tulokseen. Kaikille anturityypeille hyvä signaalijohdotus, suojaus ja maadoitus ovat osa mittausjärjestelmää, eivät valinnaisia ​​lisävarusteita.

• Anturielementti reagoi lämpötilaan.
• Vaippa suojaa elementtiä ja johtaa lämpöä.
• Liitäntäpää suojaa liittimiä ja johdotuksia.
• Lähetin tai ohjain muuntaa signaalin käyttökelpoiseksi ulostuloksi.

Valintatekijät, joilla on enemmän merkitystä kuin tietolehti

Tietolehti antaa hyödyllisen lähtökohdan, mutta se ei kuvaa koko asennusta. Ennen kuin valitset lämpötila-anturin, varmista seuraavat asiat:

• Lämpötila-alue: Jätä tilaa käynnistykselle, puhdistukselle tai häiritseville olosuhteille.
• Tarkkuus ja toistettavuus: Päätä, tarvitsetko absoluuttista tarkkuutta vai johdonmukaisia trenditietoja.
• Vastausaika: Ohut anturi reagoi nopeammin, mutta voi olla vähemmän luja.
• Prosessiympäristö: Tarkista korroosio, paine, tärinä, kosteus ja pesu.
• Upotussyvyys: Tunnistusalueen on saavutettava edustava prosessilämpötila.
• Asennus: Kierre-, laippa-, puristin-, magneetti- tai puristusliittimet sopivat kaikki erilaisiin tehtäviin.
• Signaalin lähtö: Yhdistä anturi ohjaimen, PLC:n tai lähettimen tuloon.
• Pääsy huoltoon: Suunnittele tarkastus, vaihto ja kalibrointi.

Se auttaa myös miettimään väärän valinnan kustannuksia. Edullinen anturi, joka epäonnistuu aikaisin, voi maksaa paljon enemmän kuin paremmin sovitettu kokoonpano, varsinkin kun se aiheuttaa seisokkeja tai hylätyn erän.

Anturin sovittaminen prosessiin

Eri toimialat kysyvät lämpötila-anturilta eri asioita. Petrokemian ja maakaasun palveluissa anturit saattavat tarvita vankat vaipat, tiivisteet ja suojan säältä tai syövyttävältä ilmakehältä. Kemikaalituotannossa ja päivittäisessä kemikaalituotannossa yhteensopivuus astian, putkiston ja puhdistusrutiinien kanssa on tärkeää. Elintarvikekoneet vaativat hygieenisiä antureita, sileitä pintoja ja materiaaleja, jotka sopivat pesuun ja tuotekosketukseen. Analyyttiset laitteet tarvitsevat usein kompakteja, vakaita antureita, jotka mahtuvat pienen kotelon sisään.

Meidän alan sovellussivut ryhmittele nämä vaatimukset niin, että valinta alkaa prosessista luettelonumeron sijaan. Uuneihin, uuneihin ja korkean lämpötilan laitteisiin ruostumattomasta teräksestä valmistettu K-tyypin anturi, jonka lämpötila on 1200 °C, on yleinen valinta, kun ilmakehä ja vaipan materiaali sopivat.

1200°C K-tyypin lämpöpari-anturi teollisuusuuneihin Ruostumattomasta teräksestä valmistettu K-tyyppinen termopari-anturi korkean lämpötilan teollisuusuunien mittaukseen, jossa on lueteltu toleranssiluokat ja mittausalueet valittavissa. Näytä tuote →

Matalissa lämpötiloissa elintarvike- ja laboratoriotöissä PT100- tai PT1000-anturi, jossa on elintarvikekelpoinen ruostumattomasta teräksestä valmistettu vaippa, voi olla sopivampi. Putkien tai telojen pintamittauksia varten itseliimautuvat tai magneettiset anturit voivat yksinkertaistaa asennusta. Tärkeintä on sovittaa anturin muoto pintaan, ei pakottaa tavallista anturia hankalaan paikkaan.

Asennus- ja huoltotiedot

Monet lämpötilan mittausongelmat alkavat asennuksen yhteydessä. Liian lyhyt, liian löysä tai huonosti tiivistetty anturi ei raportoi prosessin lämpötilaa luotettavasti. Harkitse näitä käytännön asioita:

1. Upota anturi tarpeeksi syvälle saavuttaaksesi prosessilämpötilan pitäen samalla liitospää omassa lämpötilarajassaan.
2. Käytä sopivaa kierretiivistettä tai tiivistettä ja vältä kartiomaisten kierteiden liiallista kiristämistä.
3. Reititä signaalikaapelit pois virtakaapeleista ja käytä suojausta sähkökohinaisissa kohteissa.
4. Tue pitkiä antureita tärinäkäytössä ja tarkista hitsin tai kierteen väsyminen.
5. Eristä paljaat osat, jos ympäristöolosuhteet voivat vaikuttaa lukemaan.
6. Tallenna peruslukema ja tarkista kalibrointi kohtuullisin välein.

Anturin ei tarvitse olla monimutkainen ollakseen luotettava, mutta se on asennettava yhtä huolellisesti kuin sen suojaama instrumentti.

Signaalin lähtö, ohjaus ja kaukovalvonta

Lämpötila-anturi toimii harvoin yksinään. Nykyaikaisessa ohjaussilmukassa anturi syöttää lähetintä, säädintä, PLC:tä tai kaukovalvontajärjestelmää. Liitäntäpäähän asennettu paikallinen lähetin voi vähentää kohinanottoa ja yksinkertaistaa johdotusta. 4–20 mA:n lähtö on edelleen laajalti käytössä, koska se on kestävä pitkien kaapelien aikana ja helppo integroida. Digitaaliset lähdöt ja näytönohjaimet ovat hyödyllisiä, kun tarvitaan paikallista lukemista ja konfigurointia.

Lähetin tulee valita anturin tyypin, kantaman ja ympäristön mukaan. Täysin eristetty integroitu lämpötilalähetin voi auttaa erottamaan mittauspiirin maasilmukoista ja sähköisistä häiriöistä, mikä on arvokasta jälkiasennusprojekteissa ja sähköisesti meluisissa laitoksissa.

Täysin eristetty integroitu lämpötilalähetin Täysin eristetty kaksijohtiminen lähetin RTD-, termopari-, vastus- ja jännitetuloille, joka tarjoaa 4–20 mA ulostulon meluisiin tai jälkiasennuksiin. Näytä tuote →

Ohjauspuolella PID-säätimet, analogiset indikaattorit ja bimetallilämpömittarit palvelevat kukin eri roolia. Säätimen tulee vastata anturin tuloa, lämpötila-aluetta ja vaadittua lähtöä. Suunnittele etävalvontaa varten signaalipolku ja virransyöttö ajoissa, koska hyvä anturi ei voi kompensoida huonosti suunniteltua silmukkaa.

Käytännön tarkistuslista ennen tilaamista

Ennen kuin teet tilauksen, kirjoita muistiin prosessin lämpötila-alue, vaadittu tarkkuus, asennusliitäntä, ympäristöolosuhteet, kaapelin pituus ja haluttu teho. Lisää piirros kiinnityspisteestä, jos sellainen on saatavilla. Nämä tiedot ovat paljon hyödyllisempiä kuin yksi mallinumero, varsinkin kun tavallinen anturi tarvitsee pienen muutoksen sopiakseen kunnolla.

• Mikä on normaali ja maksimilämpötila?
• Onko prosessi nestemäinen, kaasu, pinta- vai puolikiinteä?
• Mikä kierre, laippa tai puristin on saatavilla?
• Kuinka pitkä lisäyspituus on mahdollista?
• Onko alue märkä, pölyinen, syövyttävä tai räjähtävä?
• Mitä tuloa ohjain tai PLC odottaa?
• Miten anturi testataan tai vaihdetaan?

Jos jokin näistä kohdista on epävarma, lähetä meille prosessin ehdot ja yksinkertainen luonnos. Lyhyt tekninen keskustelu alussa estää usein pitkän korjauksen myöhemmin ja auttaa varmistamaan, että vastaanottamasi lämpötila-anturi sopii aidosti tehtävään työhön.