Spør fem personer hva "PT100" betyr, og du vil vanligvis få "en slags temperatursensor" som det fullstendige svaret. Det er greit hvis du bare chatter -, men hvis det er du som skriver kjøpsspesifikasjonen, er hullene i det svaret nøyaktig der problemene dukker opp senere: en sensor som leser fint på benken, men driver når den er sveiset inn i en termobrønn, eller en som er teknisk riktig, men koblet feil vei for senderen den mater.
Denne artikkelen dekker mekanikken for hvordan en PT100 faktisk måler temperatur, de praktiske forskjellene mellom sensortypene du vil velge mellom, og - fordi teorien bare gir deg så langt - en reell situasjon der å få en av disse detaljene feil forårsaket et målbart problem på en produksjonslinje.
Hva en PT100 egentlig er
En PT100 er en motstandstemperaturdetektor (RTD) - et platinaelement hvis elektriske motstand endres på en kjent, repeterbar måte når temperaturen endres. "100" i navnet er motstandsverdien ved 0 grader: nøyaktig 100 ohm. Varm det opp, motstanden stiger; kjøl det ned, motstanden synker.
Platina er ikke det eneste metallet som gjør dette - nikkel og kobber RTDer finnes også -, men platina vant ut for industriell bruk fordi det ikke oksiderer lett, holder kalibreringen over år med termisk sykling, og motstandskurven er godt-definert nok til at den har blitt standardisert internasjonalt. Denne standarden er IEC 60751, og det er dokumentet alle anerkjente produsenters datablad refererer til selv når de ikke sier det rett ut.
Fysisk sett sitter elementet inne i en metallkappe - vanligvis 316 rustfritt, noen ganger Inconel eller Hastelloy for ekle medier - med ledninger som går ut til en sender eller en kontrollers analoge inngangskort. Selve sensoren har ingen skjerm og ingen logikk; det endrer bare motstand. Alt annet skjer nedstrøms.
Fysikken bak lesingen
Hvorfor motstand endres med temperatur
Når platina varmes opp, øker atomvibrasjonen, noe som gjør det vanskeligere for elektroner å bevege seg gjennom gitteret - motstanden øker. Dette forholdet er ikke lineært over hele området, men det er nært nok, og godt-karakterisert nok til at det fanges opp i en ligning i stedet for en oppslagstabell alene: Callendar-Van Dusen-ligningen.
For temperaturer over 0 grader er den forenklede formen:
Rt=R0 [1 + At + Bt²]
R0 er 100 ohm for en PT100, og A og B er faste konstanter fra IEC 60751. Under 0 grader blir et tredje ledd lagt til fordi kurven bøyer seg litt annerledes der nede. Du trenger ikke å huske denne -, men det er verdt å vite at den eksisterer, fordi det er grunnen til at en "PT100" fra en produsent og en "PT100" fra en annen faktisk stemmer overens med hverandre ved en gitt temperatur, i stedet for at hver har sin egen private kurve.
Ett tall verdt å huske: ved 100 grader leser en standard PT100 omtrent 138,5 ohm. Hvis du feilsøker en sensor med et multimeter og den ikke er i nærheten av det som skal være 100 grader, er det noe galt - enten elementet, ledningene eller antagelsen din om hvilken temperatur den faktisk er på.
Det er også en del du bør vite om før du bestiller: «European curve» (alfa=0.00385) er standarden overalt utenfor Nord-Amerika, mens en eldre «American curve» (0,00392) fortsatt vises på noe eldre utstyr. Å blande de to på en ettermontering er en klassisk kilde til en temperaturavlesning som er av med noen få grader uten åpenbar grunn.
Gjør motstand til et tall du kan lese
En sender sender en liten strøm gjennom elementet, måler spenningen over det, beregner motstand og bruker kurven for å spytte ut en temperatur. Det er det. Dette er også grunnen til at en PT100 i utgangspunktet er ubrukelig uten en sender eller et RTD--kompatibelt inngangskort bak seg - sensoren er bare halve målekjeden.
Kablingsdetaljen som faktisk forårsaker feltproblemer
Det er her mange kjøpsbeslutninger går galt, og det er sjelden fordi noen var uforsiktig - det er bare ikke åpenbart med mindre noen har fortalt deg det.
2-lederer billigst, men motstanden til selve ledningstråden legges rett inn i avlesningen. Over en 30-meter kabelføring er denne feilen ikke lenger triviell. Fin for korte løp eller ikke-kritisk overvåking; ikke greit for noe du ønsker å kontrollere av.
3-lederer standard for de fleste industriarbeid. En tredje ledning lar senderen estimere og kansellere ledningsmotstanden, forutsatt at de tre lederne er matchet i lengde og mål. God balanse mellom kostnader og nøyaktighet, og det er derfor det er det du finner på de fleste prosessendere som selges i dag.
4-lederfjerner ledningsmotstandsfeil nesten utelukkende ved å skille strømførende- og spenningsfølende-ledninger. Dette er hva du vil ha for kalibreringsreferansestandarder eller hvor som helst brøkdeler av en grad faktisk betyr noe -, men det er overkill, og ekstra kostnader, for mange generelle overvåkingspunkter.
Feilen jeg ser oftest er ikke å velge feil ledningstype isolert - det er å bestille en 3-leder sensor for en sender som var konfigurert for 2-leder inngang, eller omvendt. Sensoren og instrumentet må stemme overens, og den detaljen er lett å gå glipp av når innkjøp og instrumentering er to forskjellige personer som jobber med to forskjellige dokumenter.
Tråd-sår vs. tynne-filmelementer
Tråd-vikletelementer - platinatråd kveilet rundt en keramisk eller glasskjerne - har en tendens til å holde kalibreringen ekstremt godt over lang levetid og store temperatursvingninger. De er dyrere og litt skjørere mekanisk.
Tynn-filmelementer er laget ved å avsette platina på et keramisk underlag, liknende i ånden til hvordan en mikrobrikke er bygget. De er mindre, billigere å produsere i volum og holder bedre mot vibrasjoner -, og det er grunnen til at de i stor grad har overtatt generell industri- og OEM-bruk. Avveiningen- er et smalere temperaturområde sammenlignet med premium wire-viklede versjoner, men for de fleste prosessarbeid blir det taket aldri nådd.
Hvis søknaden din er mild - tror HVAC-kanaler, generell tankovervåking - tynn-film er nesten alltid det økonomiske og fornuftige valget. Spar tråd-viklet for høy-temperatur eller lang-bruk-applikasjoner der den ekstra stabiliteten tjener tilbake kostnadene.
PT100 vs. termoelement vs. PT1000
Nye kjøperetemperatur instrumenteringspør ofte hvilken av disse tre de faktisk bør spesifisere.
Mot entermoelement, en PT100 vinner på nøyaktighet og langsiktig-stabilitet i det lave-til-mellomområdet (omtrent -200 grader til 850 grader ) og krever ikke kompensasjon for kuldekryss. Et termoelement vinner der temperaturene går høyere enn platina kan håndtere, eller der du trenger en raskere respons og kan leve med lavere presisjon.
Mot enPT1000, arbeidsprinsippet er identisk - samme platina, samme fysikk - bare 1000 ohm ved 0 grader i stedet for 100. Den høyere basismotstanden gjør bly-trådfeilen proporsjonalt mindre, så en PT1000 kan ofte slippe unna med 2-ledninger uten at det krever nøyaktighet PT100. Det gjør PT1000 til et vanlig valg innen bygningsautomasjon, der kabelføringer er lange, men du ikke jakter på laboratoriepresisjon.
A Real Case: Når «Close Enough» ikke var det
En mat-behandlingsoperasjon som kjørte en pasteuriseringslinje hadde fått inkonsekvente batch-temperaturavlesninger i flere uker - ingenting dramatisk, bare et par grader av drift som dukket opp av og til og ikke korrelerte med noe åpenbart i selve prosessen. Vedlikehold hadde allerede byttet sensoren en gang, antok at det løste problemet og gikk videre. Den kom tilbake en måned senere.
Den faktiske årsaken viste seg å være ledninger, ikke sensoren: den originale 3--leder PT100 hadde blitt erstattet med en enhet fra en annen leverandør hvis ledningsmåler var litt forskjellig fra den opprinnelige kjøringen, som kastet av ledningens-motstandskompensasjon som senderen beregnet. På papiret oppfylte begge sensorene spesifikasjonene. I praksis var misforholdet akkurat stort nok til å flytte avlesningen utenfor toleransen som betydde noe for pasteuriseringstiden - en matsikkerhetsparameter, ikke en kosmetisk.
Reparasjonen var ikke en bedre sensor. Den standardiserte ledningens måler og lengde på tvers av alt erstatningsmateriale for den linjen, og la til en rask motstandssjekk ved omgivelsestemperatur som et mottakende-inspeksjonstrinn før en ny sensor ble tatt i bruk. Leksjonen generaliserer: en PT100 er bare så nøyaktig som hele målekjeden rundt den, og "samme delenummer" betyr ikke alltid "den samme faktiske ledningen."
Hva du faktisk bør sjekke før du bestiller
For de fleste kjøpere kommer avgjørelsen ned til fem spørsmål, omtrent i denne rekkefølgen av betydning:
- Hva er prosesstemperaturområdet og hvor tett må toleransen være?Dette avgjør nøyaktighetsklasse - Klasse B (±0,30 grader ved 0 grader) dekker mest generell overvåking; Klasse A eller 1/3 DIN er verdt premien for kontrollsløyfer eller regulerte prosesser.
- Hvilken kabling forventer senderen eller PLS-kortet ditt?Bekreft dette før du bestiller, ikke etter -, det er den vanligste årsaken til feltproblemer som kan unngås.
- Hva er kappematerialet og sondediameteren som passer til prosessmediet og trykket ditt?Etsende eller-høytrykksapplikasjoner krever vanligvis også en termobrønn, både for beskyttelse og slik at sensoren kan byttes uten å slås av.
- Trenger du en hodemontert-sender?Konvertering til et 4-20mA-signal rett ved sensoren forbedrer støyimmuniteten ved lange kabelstrekninger og er verdt den ekstra kostnaden i miljøer med elektrisk støy.
- Hva er kalibrerings- og utskiftingsplanen din?Sensorer driver over år med termisk sykling. Kritiske prosesser blir vanligvis kontrollert årlig; overvåkingspunkter med lav-innsats kan gå lenger.
Installasjonsmerknader verdt å vite
Innsettingsdybden betyr mer enn folk flest forventer at - følertuppen må nå inn i den faktiske flyten eller mediet, ikke bare stikke gjennom rørveggen, eller du ender opp med å måle grenselaget i stedet for prosessen. Termobrønner er verdt den ekstra kostnaden hvor som helst trykk, korrosjon eller behovet for varme-utskifting er en faktor. Og hvis du feilsøker en avlesning som virker avbrutt, sjekk motstanden ved en kjent referansetemperatur (isvann er en billig, pålitelig referanse på 0 grader) før du antar at senderen eller selve prosessen er problemet.
Bunnlinjen
Fysikken bak en PT100 er enkel og har ikke endret seg på flere tiår - platinas motstand stiger forutsigbart med temperaturen, og det forholdet er standardisert slik at instrumenter fra forskjellige produsenter stemmer overens med hverandre. Der kjøpere faktisk går galt er ikke selve sensorvalget; det er detaljene rundt den - ledningskonfigurasjon, blytrådkonsistens, mantelmateriale for de faktiske prosessforholdene. Få dem rett på spesifikasjonsstadiet, og sensordelen er den enkle delen.
Hvis du kjøper PT100-sensorer for en bestemt linje eller utstyrslinje, er det vanligvis det som skiller en sensor som fungerer fra en som blir byttet ut to ganger før noen finner det virkelige problemet, å sende leverandøren temperaturområdet, nødvendig nøyaktighetsklasse, ledningstype og installasjonsmiljø på forhånd - i stedet for bare et delenummer -.
Ofte stilte spørsmål
Er PT100 det samme som en RTD?
Nei - PT100 er en spesifikk type RTD, laget av platina med 100 ohm motstand ved 0 grader . RTD er den bredere kategorien, som også inkluderer PT500, PT1000 og nikkel- eller kobber-baserte sensorer.
Hvor nøyaktig er en PT100-sensor, egentlig?
Klasse B er nøyaktig til omtrent ±0,30 grader ved 0 grader. Klasse A strammer det til omtrent ±0,15 grader. Høy-presisjon 1/10 DIN-sensorer når ±0,03 grader , som for det meste er en laboratorie- eller kalibreringsstandard-spesifikasjon i stedet for noe generell prosessovervåking trenger.
Klarer en PT100 temperaturer under-null?
Ja, standardenheter er vurdert ned til ca. -200 grader, som dekker de fleste kryogene og kaldkjedeapplikasjoner uten å trenge noe spesialisert.
Hvorfor har noen PT100-sensorer tre eller fire ledninger i stedet for to?
De ekstra ledningene lar instrumentet trekke ut motstanden til selve ledningstråden, som ellers ville blitt regnet som en del av temperatursignalet -, en feil som vokser med kabellengden.
Referanser
- Den internasjonale elektrotekniske kommisjonen.IEC 60751 - Industrielle platinamotstandstermometre og platinatemperatursensorer.
- Nasjonalt institutt for standarder og teknologi (NIST).Referansedata for ITS-90 temperaturskala og platinamotstandstermometri.
- Omega Engineering.RTD (Resistance Temperature Detector) Referanseguide.
- Fluke Corporation.Kalibrering: Filosofi i praksis - Resistance Thermometri.
