溫度變送器在溫度測量過程中的應用

      溫度是工業(yè)上常用的測量參數(shù)之一，對溫度進行測量、控制和監(jiān)控是保證各種工藝過程質量、安全、正確運行的關鍵。為了保證溫度測量的可靠性，在開發(fā)溫度測量系統(tǒng)時必須考慮影響溫度測量非線性、精度和穩(wěn)定性等不同的因素，另外維護和布線費用等因素必須考慮在內，以使系統(tǒng)盡可能具有成本效益。

      在過去的幾年中相關的儀器儀表專家已經(jīng)開始實施溫度測量系統(tǒng)，但這一領域仍有許多疑問，如：特定溫度測量系統(tǒng)具體選用什么類型的溫度傳感器以及選用有線溫度探頭還是溫度變送器進行溫度測量。

      本技術文件將介紹溫度測量的基本知識，以及進行正確的測量過程中需要考慮的相關因素。

溫度傳感器

      工業(yè)上常見的傳感器包括熱電阻和熱電偶。我們將在下文分別比較它們的優(yōu)缺點。

熱電阻

      熱電阻基本上是一種電阻溫度計，它根據(jù)暴露的溫度改變電阻。這種電阻的變化可以通過測量來確定元件的溫度。行業(yè)中使用多的熱電阻包括Pt100、Pt1000和NTCs。

      熱電阻原件相對是脆弱的，對振動和沖擊敏感，通常被安置在一個保護探針中。與熱電偶相比，熱電阻具有更高的精度和重復性，因此在相關溫度可靠測量過程中被廣泛使用。

熱電偶

      熱電偶由兩根在一端連接的不同金屬類型的導線組成，形成一個稱為“熱結”的連接點。 當檢測到該結上的溫度變化時，在另一端存在電壓變化，這被稱為“冷結”。針對“熱結”和“冷結”之間的電壓變化，并結合結點所使用的材料并可以用作溫度反饋。

      市場上有各種類型的熱電偶，其中K，J，E，T和N型是常用的類型，因為與其他相對昂貴類型熱電偶相比（如B，R和T型），它們具有更低的成本和更高的可用性，B，R和T型熱電偶有其更具體的應用。

       熱電偶適用于高溫監(jiān)測，比熱電阻便宜，并且可以制造得更小。 它們還具有更快的響應時間，并且更耐受相關暴露及振動。

變送器與直接布線

      傳統(tǒng)意義上開發(fā)溫度測量方案時，有兩種形式的探頭連接：直接將溫度探頭通過有線連接到PLC或數(shù)據(jù)采集器，能直接進行特定溫度讀取。另一種形式就是通過溫度變送器將溫度探頭的的溫度檢測信號轉換為更強大的模擬信號，如4-20mA電流信號，并將上述信號傳輸至PLC或數(shù)據(jù)采集器進行溫度讀取。

      某些領域的工程師錯誤地認為有線檢測的形式可以節(jié)省成本并且對測量溫度的質量沒有影響，以下是為什么你不應該*依賴這些理論，并在進行選擇那種形式的探頭連接時需要考慮的因素。

節(jié)省布線成本

      延長線和補償線很昂貴，有時很脆弱。熱電偶的信號必須由延長線或補償電纜進行傳輸并確保其傳輸信號質量。一對延長線或補償電纜的成本比一對長度相同的銅線高5到10倍，當溫度監(jiān)測的工藝點與溫度讀取設備之間的距離將是布線成本節(jié)省的關鍵，距離越長成本節(jié)省越多。

      當使用4線制Pt100和溫度傳感器進行溫度測量時，只需要一對銅線來傳輸信號，而不是直接使用與Pt100接線的4線制連接的傳輸線，且熱電阻的電阻隨著導線長度的增加而變化，因為電纜電阻增加對測量的影響也將增加，通常溫度變送器將能夠自行補償這種電阻。

      下圖是三種不同條件下的布線模擬：熱電偶J直接接線，3線制PT100熱電阻直接接線以及通過溫度變送器測量的任何探頭?？擅黠@看出隨著線距增加，通過變送器連接任意探頭的的連接形式大大降低了成本，有些特殊的熱電偶，延長線可能昂貴，成本節(jié)省的優(yōu)勢更明顯。

降低系統(tǒng)成本

      大多數(shù)設備（如PLC或數(shù)據(jù)記錄器）僅接受標準模擬輸入（即0-10V或4-20mA）。擴展模塊現(xiàn)已廣泛應用，但與單點溫度變送器相比它們的成本更高。除了擴展模塊的更高成本之外，該過程仍然需要直接布線，這種連接形式不*的其他所有原因將在本文中提及。

保護測量不受工廠噪音的影響

      熱電偶和熱電阻信號由于振幅小而非常容易受到工廠噪聲的影響。幾乎每個工廠都存在EMI（電磁干擾）和RFI（射頻干擾），當使用直接布線時，這些會影響測量信號。變送器在EMC（電磁兼容性）測試中耐受性強，并確保能消除可能影響測量的其他干擾。

更易于維護和調試

      溫度變送器可以更輕松、更快速地進行診斷、接線和配置。在對溫度測量系統(tǒng)進行故障排除時，這些設施使現(xiàn)場工程師的工作更加輕松。即使傳感器損壞時，變送器仍會輸出特定的錯誤的電流值，有些甚至可以提供USB或HART通訊協(xié)議，從而便于配置和診斷。

傳感器靈活性

      大多數(shù)溫度變送器都具有通用輸入，可以讀取各種類型溫度傳感器。 這使安裝人員更容易更換傳感器，并大大降低了分銷商和測量系統(tǒng)供應商的庫存水平。 例如，如果需要擴展系統(tǒng)的測量范圍，可以更換傳感器，并且仍可以將相同的變送器連接到PLC或數(shù)據(jù)記錄器。

避免接地回路

      接地回路是溫度測量應用中造成噪聲和干擾的主要原因。 它是由同一電路中具有不同電位的兩個接地點引起的。 當在需要快速響應溫度變化的應用中使用接地熱電偶時，通常會觀察到這種效應。

      通過在測量系統(tǒng)上安裝隔離溫度變送器可以避免接地回路。 這些變送器具有電流隔離，可中斷兩個接地之間的連接，并避免信號錯誤從輸入流向變送器的輸出。

總結：

      如今溫度變送器在測量系統(tǒng)中的使用已經(jīng)變得越來越普遍，有時也是必須的。 由于采用了細微加工處理技術，這些具有大尺寸和形狀的設備是經(jīng)濟的解決方案。

      使用它們的好處不僅與節(jié)省成本有關，而且在其他設施方面的相關應用還將在維護，接線，診斷和測量質量方面提高正面受益。

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