Hladni spoj termoelementa: zašto je to stvarno važno i kako CJC radi

Ako ste ikada usporedili dva termopara na istoj cijevi i vidjeli da se razlikuju za nekoliko stupnjeva, vrh senzora vjerojatno nije bio problem. Češće se odgovor nalazi na drugom kraju petlje, u bloku terminala gdje se žice termopara susreću s instrumentom. Ta spojna točka je hladni spoj, a nakon što shvatite što radi, mjerenje termoelementom više se ne čini kao nagađanje.

Ovaj članak govori o tome što je hladni spoj, zašto termopar ne može izvijestiti o apsolutnoj temperaturi bez njega, kako radi kompenzacija hladnog spoja u modernim instrumentima i koje navike sprječavaju referentni spoj da tiho pokvari vaše podatke.

Kako termopar proizvodi napon

Termopar su dvije žice od različitih metala spojene na jednom kraju. Taj spoj, mjerni ili vrući spoj, je ono što postavljate u procesu. Kada dva metala vide temperaturnu razliku između spojenog kraja i slobodnih krajeva, Seebeckov efekt generira mali napon, obično desetke mikrovolta po stupnju Celzijusa.

Detalj koji privlači pažnju je sljedeći: taj napon ne odgovara samo temperaturi mjernog spoja. Odgovara razlici između mjernog spoja i točke gdje žice završavaju. Termopar tipa K proizvodi otprilike 41 mikrovolt po Celzijevom stupnju, tako da se pomak od 5 °C na terminalima pokazuje kao pomak od 5 °C u očitanju, iako se proces nikada nije pomaknuo.

Što je točno hladni spoj?

Hladni spoj, koji se naziva i referentni spoj, formira se na mjestu gdje se termoelement ili njegove produžne žice spajaju na instrument za očitavanje: terminalni blok odašiljača, ulaz kontrolera, uređaj za bilježenje podataka ili transmiter temperature.

Dvije stvari o tome se često krivo shvaćaju:

• Nije samo sobna temperatura. To je stvarna temperatura tih terminala u tom trenutku, bez obzira na propuh, toplinu kućišta i opterećenje kabela.
• To nije uvijek jedno prikladno mjesto. Svaki posredni spoj napravljen s pogrešnom žicom stvara dodatni spoj, a svaki doprinosi vlastitim naponom.

Ako bakreni vijci ili tragovi tiskane ploče dodiruju žice termoelementa, te kontaktne točke postaju dio termoelektričnog kruga. Održavanje izotermalnog područja terminala, što znači da su svi spojevi na istoj temperaturi, fizička je osnova dobrog dizajna hladnog spoja.

Od ledenih kupki do elektroničke kompenzacije

Veći dio prošlog stoljeća referentni spoj održavao se na poznatih 0 °C u posudi s otopljenim ledom. Izmjereni napon se zatim može usporediti izravno s objavljenim tablicama izgrađenim na toj referenci. Bio je točan i još uvijek je ideja koja stoji iza standardnih tablica termoparova koji se danas koriste, ali teško da je praktičan u petrokemijskoj jedinici ili pored peći za toplinsku obradu.

Suvremeni instrumenti rješavaju problem elektronički. Umjesto da forsiraju hladni spoj na 0 °C, oni mjere njegovu stvarnu temperaturu i dodaju napon koji bi proizveo termoelement da je njegova referentna vrijednost 0 °C. Ta dodana količina je kompenzacijski napon hladnog spoja.

Kako radi kompenzacija hladnog spoja

Unutar odašiljača, kontrolera ili kartice za prikupljanje podataka, proces se dijeli na tri koraka.

1. Izmjerite temperaturu terminala. Mali RTD, termistor ili silikonski senzor nalazi se pored priključnog bloka, što bliže pravom spoju koliko to raspored dopušta.
2. Pretvorite tu temperaturu u ekvivalentnu EMF termopara. Koristeći standardne tablice za tip termoelementa koji se koristi, instrument izračunava napon koji bi se pojavio da je mjerni spoj na toj terminalnoj temperaturi, dok je referentna vrijednost ostala na 0 °C.
3. Dodati i linearizirati. Kompenzacijski napon dodaje se izmjerenom signalu, a ukupni se pretvara putem polinoma ili tablica pretraživanja u konačnu vrijednost temperature.

Budući da korekcija ovisi o vrsti termopara, kompenzacija je važeća samo kada se podudaraju ulaz instrumenta, senzor i produžno ožičenje. Senzor tipa K koji napaja predajnik konfiguriran za tip J daje sustavni pomak koji nikakva količina ponovne kalibracije neće ukloniti. Softverska kompenzacija u sustavu za prikupljanje podataka slijedi istu logiku, ali referentni senzor često se nalazi dalje od terminala, a na toj udaljenosti se najlakše gubi točnost.

Uobičajene zamke hladnog spoja

Većina problema s hladnim spojem o kojima čujemo spada u pregršt obrazaca. Tablica u nastavku sažima ono što obično pođe po zlu i što to može popraviti.

Produžna i kompenzacijska žica zaslužuje poseban spomen, jer je to dio petlje koji se najčešće zamjenjuje onim što je bilo u spremištu. Bakreni kabel je dobar za prijenos signala od 4-20 mA, ali ne može prenositi signal termoelementa bez stvaranja novog spoja na svakom kraju. Kompenzacijska žica izrađena je od legura usklađenih s vrstom termopara, a njezina temperaturna vrijednost mora pokrivati ​​najtopliju točku kroz koju prolazi, uključujući bilo koji dio koji prolazi preko vruće posude ili kućišta peći.

Visokotemperaturna kompenzacijska žica od termoelementa od nehrđajućeg čelika od staklenih vlakana Za petlje termoelementa, ova pletena kompenzacijska žica od nehrđajućeg čelika izolirana staklenim vlaknima obuhvaća -50 do 1600°C i podržava zahtjeve za ponudu ili PDF. Pogledajte proizvod →

Hardver koji upravlja hladnim spojem umjesto vas

Gdje se hladni spoj učinkovito nalazi ovisi o tome gdje odlučite digitalizirati signal. Tri aranžmana pokrivaju većinu industrijskih postrojenja:

• Izravno ožičenje do kontrolera ili ulazne kartice, s referentnim senzorom unutar instrumenta.
• Odašiljač montiran na glavu ili terenski odašiljač na senzoru, vrši lokalnu kompenzaciju i šalje 4-20 mA ili digitalni signal u kontrolnu sobu.
• Odašiljač postavljen na tračnicu u kućištu, za senzore koje je nezgodno doseći.

Premještanje odašiljača van senzora često je najveće dostupno poboljšanje. Termopar i njegovo produžno ožičenje postaju kraći, srednji spojevi nestaju, a signal putuje većinu udaljenosti kao robusna strujna petlja umjesto EMF-a na razini mikrovolta. Naši integrirani transmiteri temperature napravljeni su za točno ovaj raspored, s referentnim spojem koji se nalazi unutar kućišta, a ne na udaljenom kraju dugog kabela.

Integrirani temperaturni transmiter sa SBWR/SBWZ dvožilnim izlazom 4-20 mA SBWR/SBWZ moduli ugrađuju se u termoelemente ili RTD priključne kutije, skraćuju ožičenje senzora i izlaze linearno 4-20 mA za mjerenje i kontrolu. Pogledajte proizvod →

Ako odmjeravate analogne naspram pametnih odašiljača, naš vodič dalje kako rade transmiteri temperature detaljnije pokriva klase točnosti, drift i kriterije odabira.

Praktične navike za pouzdan hladni spoj

Tijekom instalacije

• Držite svaki priključak terminala jednog termopara unutar jedne izotermne zone umjesto da ga podijelite na dva bloka.
• Nemojte montirati terminalne blokove ili transmitere izravno iznad kontaktora, pogona ili izvora napajanja.
• Koristite žicu za termoelemente, poštujte njezinu temperaturnu vrijednost i provjerite polaritet prije zatezanja.
• Zaštitite terminale od izravnog protoka zraka i sunčeve svjetlosti, osobito u vanjskim kućištima.

U službi

• Provjerite petlju u odnosu na poznatu referencu, kao što je kalibrator suhog bloka ili simulirani milivoltni ulaz.
• Provjerite ima li priključaka na oksidaciji i ponovno ih zategnite nakon prvih toplinskih ciklusa nove instalacije.
• Zabilježite temperaturu u kabinetu uz procesna očitanja; sezonski pomak u stabilnom procesu obično pokazuje na kućište, a ne na senzor.

Na upravljačkoj strani, kontroler sa zvučnim referentnim spojem skida ovaj posao s ruku operatera. Naši kompaktni digitalni PID regulatori temperature izravno prihvaćaju ulaze termoelementa i interno upravljaju hladnim spojem, što male klipove, inkubatore i pećnice čini jednostavnima za izradu i održavanje.

Kompaktni digitalni PID regulator temperature xmtg1001 s unutarnjim upravljanjem hladnim spojem Za male klipove, inkubatore ili pećnice, ovaj kontroler 48×48 mm prihvaća ulaze termoelementa i interno upravlja referentnim spojem s relejnim izlazom. Pogledajte proizvod →

Tretiranje petlje kao jednog sustava

Ponašanje hladnog spoja jedan je dio mjerne petlje, a ostatak petlje zaslužuje istu pozornost. Tip senzora, materijal plašta, zaštitna cijev, način montiranja i trasa kabela međusobno su povezani, a savršeno kompenzirani odašiljač ne može spasiti termoelement instaliran tamo gdje neće preživjeti. U petrokemijskim postrojenjima, vodootporan termoelement otporan na habanje uparen s pravilno ocijenjenom kompenzacijskom žicom obično je važniji od male razlike u točnosti kataloga. U visokotemperaturnim procesima, senzori platina-rodij i volfram-renij održavaju pouzdanost mjernog spoja tamo gdje tipovi baznih metala ne bi izdržali. Možete vidjeti kako se ove kombinacije spajaju preko našeg stranice primjene u industriji .

Ništa od ovoga ne mora biti komplicirano. Prihvatite da termopar prijavljuje razliku, a ne apsolutnu vrijednost, dajte referentnom spoju stabilan i izotermalni dom, koristite žicu koja odgovara senzoru i prepustite aritmetici dobro određenom odašiljaču ili upravljaču. Učinite te četiri stvari i hladni spoj prestaje biti skriveni izvor pogreške i postaje ono što bi trebao biti: tihi, razumljivi dio mjerne petlje.