فرستنده دما: نحوه کار، دقت و انتخاب

ترانسمیتر دما چیست و چگونه کار می کند؟

الف فرستنده دما با دریافت خروجی الکتریکی از یک عنصر حسگر دما، پردازش آن از طریق تهویه سیگنال داخلی و مدار خطی‌سازی، و تولید یک خروجی استاندارد متناسب با دمای اندازه‌گیری شده، کار می‌کند. معماری داخلی یک فرستنده دمای دیجیتال مدرن شامل چهار مرحله کاربردی است که با هم یک سیگنال حسگر خام و غیرخطی را به یک خروجی دقیق و مقاوم در برابر نویز مناسب برای انتقال از راه دور و پردازش مستقیم توسط یک سیستم کنترل توزیع شده یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی تبدیل می کند.

چهار مرحله داخلی یک فرستنده دما

زنجیره پردازش سیگنال در یک فرستنده دمای صنعتی مدرن از یک معماری سازگار پیروی می کند، صرف نظر از اینکه ورودی از ترموکوپل، RTD یا نوع سنسور دیگر باشد:

• دریافت سیگنال ورودی: مدار ورودی فرستنده سیگنال سنسور را دریافت می کند که ممکن است یک EMF سطح میلی ولت از یک ترموکوپل (معمولا 0 تا 60 میلی ولت بسته به نوع و محدوده دما) یا یک مقدار مقاومت از یک RTD (معمولا 100 تا 400 اهم برای سنسور Pt100 در سراسر محدوده اندازه گیری آن) باشد. مدار ورودی جریان تحریک را برای سنسورهای RTD فراهم می کند (معمولاً 0.2 تا 1.0 میلی آمپر برای به حداقل رساندن خطای خود گرمایش) و تقویت امپدانس ورودی بالا را برای سیگنال های میلی ولت ترموکوپل اعمال می کند تا از بارگذاری خروجی سنسور جلوگیری شود.
• الفnalog to digital conversion: سیگنال ورودی تقویت شده توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با وضوح بالا، معمولا با وضوح 16 تا 24 بیت، به یک نمایش دیجیتال تبدیل می شود. این وضوح بالا تضمین می کند که فرستنده می تواند تغییرات دمایی بسیار کوچک را در محدوده اندازه گیری پیکربندی شده خود حل کند. یک مبدل 16 بیتی در یک دهانه 100 درجه سانتیگراد تغییرات دمای فردی را تقریباً 0.0015 درجه سانتیگراد حل می کند که بسیار دقیق تر از عدم قطعیت اندازه گیری نهایی سیستم است اما دقت داخلی لازم برای حفظ دقت پس از خطی سازی و محاسبه خروجی را فراهم می کند.
• خطی سازی و جبران: پردازنده دیجیتال چند جمله‌ای مشخصه سنسور را که در حافظه فرستنده ذخیره شده است، اعمال می‌کند تا مقدار دیجیتال خام را به یک مقدار دما تبدیل کند. این مرحله خطی سازی ضروری است زیرا نه EMF ترموکوپل در مقابل دما و نه روابط مقاومت RTD در مقابل دما خطی نیستند. چند جمله ای های مشخصه تعریف شده در استاندارد IEC 60584 برای ترموکوپل ها و استاندارد IEC 60751 برای Pt RTD ها این غیرخطی ها را جبران می کند. برای فرستنده‌های ترموکوپل، این مرحله همچنین جبران اتصال سرد را اعمال می‌کند که دمای اتصال مرجع در پایانه‌های فرستنده را محاسبه می‌کند، که باید اندازه‌گیری شود و از خروجی ترموکوپل کم شود تا یک خوانش دمای فرآیند دقیق ایجاد شود.
• تولید خروجی: مقدار دمای خطی شده برای محاسبه جریان خروجی با نگاشت دمای اندازه گیری شده به صورت خطی در محدوده جریان 4 تا 20 میلی آمپر استفاده می شود. فرستنده یک منبع جریان دقیق را هدایت می کند که خروجی جریان محاسبه شده را مستقل از ولتاژ منبع تغذیه حلقه و مقاومت کابل حفظ می کند و سیگنال حلقه جریان مستقل ولتاژ را ارائه می دهد که ابزار گیرنده آن را به عنوان متغیر فرآیند می بیند.

چگونه یک فرستنده دما با ترموکوپل کار می کند؟

الف thermocouple is a junction of two dissimilar metal wires that generates a small electromotive force (EMF) proportional to the temperature difference between the measurement junction (the hot junction, placed at the process measurement point) and the reference junction (the cold junction, located at the point where the thermocouple wire transitions to copper conductors, typically at the transmitter's input terminals). The thermocouple does not measure absolute temperature; it measures a temperature difference, and the temperature transmitter must add the reference junction temperature to convert this difference to an absolute process temperature.

فرستنده‌های دما مدرن شامل یک سنسور جبران اتصال سرد داخلی، معمولاً یک سنسور ترمیستور دقیق یا سنسور باند گپ سیلیکونی است که در پایانه‌های ورودی ترموکوپل نصب می‌شود. این سنسور دمای واقعی پایانه‌های ورودی فرستنده را اندازه‌گیری می‌کند و این دمای اتصال مرجع را در طول محاسبه خطی‌سازی به EMF اندازه‌گیری شده ترموکوپل اضافه می‌کند. دقت جبران اتصال سرد نقش مهمی در عدم قطعیت اندازه‌گیری کلی سیستم‌های فرستنده ترموکوپل دارد و فرستنده‌های با کیفیت بالا دقت جبران اتصال سرد خود را جدا از دقت شرطی‌سازی سیگنال فرستنده مشخص می‌کنند. خطای جبران اتصال سرد 0.5 درجه سانتیگراد بدون در نظر گرفتن کیفیت سایر اجزای سیستم، مستقیماً به خطای کلی اندازه گیری اضافه می کند.

انتخاب نوع ترموکوپل محدوده اندازه گیری، حساسیت و ویژگی های سازگاری شیمیایی ترکیب فرستنده سنسور را تعیین می کند. رایج ترین انواع مورد استفاده در ترانسمیترهای دمای صنعتی عبارتند از:

• نوع K (کرومل/آلومل): پرکاربردترین ترموکوپل صنعتی که محدوده ای از حدود 200 تا 1260 درجه سانتیگراد با ضریب Seebeck تقریباً 41 میکروولت بر درجه سانتیگراد را پوشش می دهد. نوع K برای اتمسفرهای اکسید کننده و بی اثر مناسب است و دقت کافی را برای اکثر برنامه های نظارت دمای صنعتی فراهم می کند.
• نوع J (آهن/کنستانتان): مناسب برای اتمسفرهای کاهشی یا خلاء، با محدوده 40 تا 750 درجه سانتیگراد و ضریب Seebeck تقریباً 51 میکروولت بر درجه سانتیگراد. خروجی بالاتر در هر درجه در مقایسه با نوع K به معنای سیگنال های ورودی فرستنده کوچکتر برای پردازش است، اما هادی آهنی حداکثر دما و جو مجاز را محدود می کند.
• نوع T (مس/کنستانتان): برای اندازه گیری برودتی و دمای پایین از 200 تا 350 درجه سانتیگراد استفاده می شود، با تکرارپذیری عالی در دماهای زیر 0 درجه سانتیگراد، که آن را به انتخاب مطلوب برای اتاق سرد و برنامه های نظارت بر ذخیره سازی برودتی تبدیل می کند.
• نوع R و نوع S (آلیاژهای پلاتین/رودیوم): ترموکوپل های فلزی نجیب در دماهای بالا از 0 تا 1600 درجه سانتیگراد در کاربردهایی مانند شیشه، سرامیک و تولید فولاد استفاده می شود که در آن ترموکوپل های فلزی پایه زنده نمی مانند. ضرایب Seebeck پایین آنها (تقریبا 10 میکروولت در درجه سانتیگراد) برای دستیابی به دقت کافی نیاز به تقویت ورودی فرستنده با وضوح بالا دارد.

پردازش ورودی RTD در فرستنده های دما

آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) بر اساس اصول فیزیکی متفاوتی از ترموکوپل ها کار می کنند و با افزایش دما، افزایش مقاومت الکتریکی یک عنصر فلزی خالص (پلاتین در انواع Pt100 و Pt1000) را اندازه گیری می کنند. فرستنده جریان کوچک شناخته شده ای را از طریق عنصر RTD تامین می کند و ولتاژ حاصل را برای محاسبه مقاومت اندازه گیری می کند، سپس معادله Callendar Van Dusen یا چند جمله ای مشخصه IEC 60751 را برای تبدیل این مقاومت به دما اعمال می کند.

پیکربندی اتصال سه سیم و چهار سیم RTD برای حذف اثر مقاومت سیم سربی بر دقت اندازه گیری استفاده می شود. در پیکربندی دو سیم، مقاومت سیم سربی (که با دمای محیط و طول سیم متفاوت است) مستقیماً به مقاومت RTD اندازه‌گیری شده اضافه می‌کند و خطایی ایجاد می‌کند که قابل اصلاح نیست. در پیکربندی سه سیم، فرستنده از یک پل وتستون یا مدار معادل آن استفاده می کند که مقاومت سرب سیم برگشتی مشترک را خنثی می کند و خطا را به تفاوت مقاومت بین دو سیم سربی مجزا کاهش می دهد. در یک پیکربندی چهار سیم، جفت سیم های حامل جریان و حسگر ولتاژ مجزا اثر مقاومت سیم سربی بر اندازه گیری را کاملاً از بین می برند و به دقت ذاتی کامل سنسور RTD دست می یابند. چهار اتصال سیم برای کاربردهای آزمایشگاهی و فرآیند با دقت بالا استاندارد هستند. اتصالات سه سیم در تاسیسات صنعتی که مقداری خطای مقاومت سرب باقیمانده قابل قبول است رایج است.

فرستنده های دما چقدر دقیق هستند؟

دقت یک سیستم فرستنده دما ترکیبی از چندین منبع خطای فردی است که هر کدام به عدم قطعیت اندازه گیری کل کمک می کنند. درک این منابع خطا و نحوه ترکیب آنها برای انتخاب یک فرستنده با دقت کافی برای یک کاربرد خاص، و برای تفسیر مشخصات دقت ذکر شده در برگه های داده فرستنده ضروری است.

اجزای دقت فرستنده

الف complete temperature transmitter system accuracy budget includes contributions from the following sources:

• دقت سنسور: استاندارد IEC 60751 دو کلاس از دقت Pt100 RTD را تعریف می کند. سنسورهای کلاس A دارای دقت مثبت یا منفی (0.15 0.002 برابر قدر مطلق T) درجه سانتیگراد هستند، که در آن T دما بر حسب درجه سانتیگراد است که تقریباً مثبت یا منفی 0.25 درجه سانتیگراد در 50 درجه سانتیگراد و مثبت یا منفی 0.55 درجه سانتیگراد در 20 درجه سانتیگراد است. تحمل سنسورهای کلاس B دو برابر کلاس A است. دقت ترموکوپل تحت استاندارد IEC 60584 به صورت درصد قرائت یا یک مقدار ثابت بر حسب درجه سانتیگراد بیان می شود، هر کدام بزرگتر باشد: یک ترموکوپل استاندارد کلاس 1 نوع K دارای دقت مثبت یا منفی 1.5 درجه سانتیگراد یا بیشتر یا منهای 1.5 درجه سانتیگراد است که بیشتر یا منهای آن بیشتر است.
• دقت مرجع فرستنده: دقت تنظیم سیگنال خود فرستنده، که در دمای محیط مرجع (معمولاً 20 تا 25 درجه سانتیگراد) در شرایط پایدار مشخص شده است. فرستنده‌های دمای صنعتی با کیفیت بالا از سازندگانی مانند Emerson Rosemount، ABB، Endress Hauser، و Yokogawa به مشخصات دقت مرجع 0.05 تا 0.1 درجه سانتی‌گراد برای ورودی‌های RTD و مثبت یا منفی 0.1 تا 0.5 درجه سانتی‌گراد برای ورودی‌های ترموکوپل نسبتاً کوچک کمک می‌کنند. هنگامی که از سنسورهای با دقت بالا استفاده می شود.
• الفmbient temperature effect: دقت فرستنده با خروج دمای کارکرد آن از دمای مرجع کاهش می یابد. اثرات دمای محیط فرستنده معمولی به عنوان تغییر در خروجی به ازای هر درجه سانتیگراد تغییر دمای محیط، اغلب در محدوده 0.005 تا 0.02 درجه سانتیگراد بر درجه سانتیگراد تغییر دمای محیط مشخص می شود. در فرستنده ای که در یک محفظه میدانی قرار دارد که ممکن است دمای محیط از منفی 20 تا مثبت 60 درجه سانتیگراد را تجربه کند، اثر دمای محیط می تواند 0.4 تا 1.6 درجه سانتیگراد عدم قطعیت اضافی را به کل خطای اندازه گیری اضافه کند.
• رانش بلند مدت: دقت فرستنده دما به مرور زمان به دلیل پیری قطعات الکترونیکی و استرس مکانیکی ناشی از چرخه حرارتی تغییر می کند. فرستنده‌های صنعتی خوب طراحی شده پایداری طولانی‌مدت مثبت یا منفی 0.1 تا 0.25 درصد را در طول یک دوره خدمات 10 ساله مشخص می‌کنند که به معنای کمتر از 0.1 درجه سانتی‌گراد رانش در سال برای یک بازه اندازه‌گیری معمولی 100 درجه سانتی‌گراد است. تأیید دریفت از طریق بررسی کالیبراسیون دوره ای روش استاندارد برای حفظ یکپارچگی اندازه گیری در طول عمر فرستنده است.

دقت عملی در برنامه های کاربردی فرآیند

دقت ترکیبی یک سنسور و سیستم فرستنده به خوبی منطبق در یک نصب فرآیند صنعتی معمولی که تمام منابع خطا را در بر می گیرد، معمولاً در محدوده مثبت یا منفی 0.5 تا 2 درجه سانتیگراد برای سیستم های مبتنی بر RTD و مثبت یا منفی 1.5 تا 5 درجه سانتیگراد برای سیستم های مبتنی بر ترموکوپل قرار می گیرد. محدوده عدم قطعیت بزرگتر برای سیستم های ترموکوپل، ترکیبی از دقت ذاتی کمتر حسگر، خطای جبران اتصال سرد در فرستنده، و حساسیت بیشتر اندازه گیری های EMF ترموکوپل به تداخل الکتریکی را منعکس می کند.

برای کاربردهایی که نیاز به عدم قطعیت اندازه گیری زیر مثبت یا منفی 0.5 درجه سانتیگراد دارند، یک Pt100 RTD با تحمل کلاس A یا 1/3 DIN را انتخاب کنید، آن را در پیکربندی چهار سیم وصل کنید، از فرستنده با دقت بالا مشخص شده برای ورودی RTD استفاده کنید، و فرستنده را در مکانی با دمای محیطی پایدار و معتدل نصب کنید. سیستم‌های چهار سیم Pt100 از سازندگان پیشرو می‌توانند به عدم قطعیت اندازه‌گیری ترکیبی از مثبت یا منفی 0.2 تا 0.3 درجه سانتی‌گراد در تاسیسات به خوبی کنترل‌شده، مناسب برای کاربردهای دارویی، غذایی و فرآیندهای دقیق که در آن کنترل دما دقیق‌تر مورد نیاز است، دست یابند.

الفccuracy Comparison: Thermocouple vs RTD Transmitter Systems

ترانسمیترهای یکپارچه دما: طراحی و مزایا

الفn فرستنده دمای یکپارچه عنصر حسگر و الکترونیک فرستنده را در یک مجموعه فیزیکی ترکیب می کند که معمولاً مستقیماً روی ترموول یا در سر مجموعه سنسور دما نصب می شود. این رویکرد یکپارچه با معماری تقسیم سنتی که در آن یک سنسور از راه دور جداگانه از طریق یک کابل گسترش به یک فرستنده نصب شده جداگانه متصل می شود، در تضاد است و چندین مزیت عملی و عملکردی را ارائه می دهد که فرستنده های یکپارچه را به پیکربندی ترجیحی برای اکثر تاسیسات دمایی فرآیندهای صنعتی جدید تبدیل کرده است.

تنظیمات فیزیکی ترانسمیترهای دمایی یکپارچه

فرستنده های دما یکپارچه در دو پیکربندی فیزیکی اولیه موجود هستند:

• فرستنده های سر نصب شده: الف compact transmitter module mounted inside the connection head of a thermowell mounted temperature sensor assembly. The transmitter module typically occupies a DIN B or DIN A format housing that fits within the standard connection head, and the sensor leads connect directly to the transmitter terminals within the sealed head enclosure. Head mounted transmitters eliminate the extension wire run between sensor and transmitter, removing the sources of EMF pickup, lead resistance error, and connector induced measurement degradation that affect extended wire systems. They output the standard 4 to 20 mA current loop signal on two wires that exit the connection head to the control system, requiring only standard control cable rather than the specialized extension wire or thermocouple extension wire required in split architecture systems.
• فرستنده های ریلی یا DIN ریلی: ماژول های فرستنده جمع و جور که برای نصب روی ریل استاندارد DIN 35 در داخل کابینت ابزار یا پانل های مارشال طراحی شده اند، معمولا ورودی های حسگر را از سنسورهای میدان راه دور در طول کابل های کوتاه تا متوسط دریافت می کنند. این فرستنده‌ها همان محدوده ورودی‌های حسگر را مانند انواع روی سر می‌پذیرند، اما در محیط کنترل‌شده یک کابینت ابزار قرار می‌گیرند و تغییرات دمای محیطی را که تجربه می‌کنند کاهش می‌دهند و دسترسی برای پیکربندی و جایگزینی را ساده‌تر می‌کنند. فرستنده‌های ریلی معمولاً در برنامه‌های گروه‌بندی‌شده استفاده می‌شوند که در آن سنسورهای متعدد به یک کابینت وارد می‌شوند، و در تأسیساتی که محل اتصال فرآیند به دلیل دما، ارتعاش یا محدودیت‌های دسترسی اجازه نصب فرستنده روی سر را نمی‌دهد.

مزایای عملکرد فرستنده های یکپارچه

معماری یکپارچه بهبود عملکرد قابل اندازه گیری را نسبت به سیستم های فرستنده سنسور تقسیم در چندین زمینه ارائه می دهد که مستقیماً بر کیفیت اندازه گیری و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می گذارد:

• رفع خطاهای سیم کشش ترموکوپل: سیم گسترش ترموکوپل سیگنال میلی ولت ترموکوپل را از سر سنسور به فرستنده یا سیستم کنترل از راه دور منتقل می کند. هر گونه شکست، اتصال یا حلقه زمین در این سیم کششی خطاهایی را ایجاد می کند که از سیگنال های دمای مجاز در دستگاه گیرنده قابل تشخیص نیستند. فرستنده های سر نصب شده با تبدیل سیگنال میلی ولت به سیگنال حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر در سر سنسور، سیم کشش را به طور کامل حذف می کنند و سیگنال حلقه فعلی کاملاً در برابر نویز و خطاهای نشتی که سیگنال های میلی ولت را در طولانی مدت خراب می کند مصون است.
• بهبود ایمنی در برابر صدا: خروجی حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر فرستنده یکپارچه در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) موتورهای مجاور، درایوهای فرکانس متغیر و کابل‌های برق بسیار مقاوم‌تر از سیگنال‌های سنسور میلی‌ولتی است که از طریق سیم‌های بلندتر منتقل می‌شوند. در محیط‌های صنعتی با نویز الکتریکی قابل توجه، این بهبود ایمنی نویز اغلب کاهش قابل‌اندازه‌گیری در تنوع اندازه‌گیری ایجاد می‌کند که مستقیماً به کنترل فرآیند پایدارتر ترجمه می‌شود.
• کاهش هزینه سیم کشی: کابل جفت پیچ خورده محافظ استاندارد که برای اتصالات حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر استفاده می شود، 40 تا 60 درصد کمتر در هر متر از سیم کششی تخصصی ترموکوپل مورد نیاز برای کارکرد طولانی ترموکوپل جبران نشده است. برای تاسیسات بزرگ با صدها نقطه اندازه گیری دما در فواصل 50 متری یا بیشتر از اتاق کنترل، این تفاوت هزینه کابل کشی نشان دهنده صرفه جویی قابل توجهی در هزینه سرمایه است که تا حدی یا به طور کامل هزینه واحد بالاتر فرستنده های سر نصب شده را در مقایسه با سر ترمینال های ساده جبران می کند.

انتخاب فرستنده دمای مناسب برای کنترل فرآیند

انتخاب فرستنده دمای مناسب برای یک برنامه کنترل فرآیند مستلزم تطبیق مشخصات فرستنده با الزامات اندازه گیری برنامه در چندین بعد به طور همزمان است. چارچوب زیر به معیارهای انتخاب کلیدی در یک توالی تصمیم گیری عملی می پردازد.

نوع سنسور و محدوده اندازه گیری

اولین تصمیم انتخاب نوع سنسور است که پتانسیل دقت اساسی، محدوده اندازه گیری و سازگاری محیطی سیستم را تعیین می کند. از سنسورهای RTD (Pt100 یا Pt1000) و فرستنده‌های سازگار برای برنامه‌هایی که به دقت اندازه‌گیری بهتر از مثبت یا منفی 1 درجه سانتی‌گراد نیاز دارند، برای دماهای کمتر از 600 درجه سانتی‌گراد و جاهایی که پایداری طولانی‌مدت در طول سال‌ها سرویس مداوم مورد نیاز است، استفاده کنید. از سنسورهای ترموکوپل و فرستنده‌های سازگار برای دمای بالای 600 درجه سانتی‌گراد، برای کاربردهایی که پاسخ سریع به تغییرات دمایی سریع مورد نیاز است، یا جایی که هزینه سنسورهای RTD برای تعداد زیادی از نقاط اندازه‌گیری گران است، استفاده کنید.

فرستنده‌های ورودی جهانی که ورودی‌های ترموکوپل و RTD را می‌پذیرند، از اکثر تولیدکنندگان بزرگ در دسترس هستند و به‌ویژه در تأسیساتی با موجودی‌های سنسور متنوع یا در کاربردهای مقاوم‌سازی که ممکن است نوع سنسور موجود در زمان تهیه فرستنده مشخص نباشد، ارزشمند هستند. فرستنده‌های ورودی جهانی معمولاً افزایش اندکی از دقت را در مقایسه با فرستنده‌های خاص حسگر به دلیل سازش‌هایی که در طراحی مدارهای ورودی برای کنترل سیگنال ترموکوپل سطح میلی‌ولت و اندازه‌گیری مقاومت مورد نیاز برای ورودی‌های RTD وجود دارد قربانی می‌کنند، اما طراحی‌های مدرن این جریمه دقت را در اکثر موارد به کمتر از ۰.۰۵ درجه سانتی‌گراد کاهش داده‌اند.

پروتکل خروجی و الزامات ارتباطی

پروتکل خروجی فرستنده باید با زیرساخت سیستم کنترل گیرنده سازگار باشد:

• فقط آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر: الفppropriate for older DCS and PLC systems without digital field communication capability, or for simple applications where only the current process temperature value is required at the control system and no diagnostic data needs to be transmitted. The analog only transmitter is the simplest and lowest cost option, requiring only a standard analog input card in the receiving control system.
• 4 تا 20 میلی آمپر با HART: پروتکل HART (مبدل از راه دور آدرس‌پذیر بزرگراه) یک سیگنال دیجیتال را روی حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر قرار می‌دهد و اجازه می‌دهد پیکربندی، تشخیص و داده‌های متغیر فرآیند ثانویه به یک سیستم مدیریت دارایی سازگار با HART مخابره شود در حالی که سیگنال اولیه 4 تا 20 میلی آمپر در زیرساخت آنالوگ موجود به کار خود ادامه می‌دهد. فرستنده‌های با قابلیت HART انتخاب غالب برای تاسیسات جدید فرستنده دمای صنعتی در سراسر جهان هستند، زیرا آنها قابلیت تشخیص دیجیتال را بدون نیاز به جایگزینی زیرساخت‌های سیم‌کشی آنالوگ موجود ارائه می‌دهند.
• Foundation Fieldbus یا PROFIBUS PA: گذرگاه‌های میدان دیجیتال خالص که حلقه جریان 4 تا 20 میلی آمپر را با یک پروتکل ارتباطی تمام دیجیتال جایگزین می‌کنند که چندین متغیر فرآیند، تشخیص و پارامترهای پیکربندی را بر روی یک جفت سیم که می‌تواند چندین دستگاه را در یک توپولوژی گذرگاه متصل کند، حمل می‌کند. مناسب برای تاسیسات جدید که در آن سیستم کنترل از این پروتکل ها پشتیبانی می کند و مزایای اندازه گیری چند متغیره و تشخیص جامع از یک جفت سیم، هزینه مهندسی نصب بالاتر را در مقایسه با سیستم های آنالوگ یا HART توجیه می کند.
• بی سیم (WirelessHART یا ISA100): فرستنده‌های دمای بی‌سیم که اندازه‌گیری‌ها را بدون هیچ کابل سیگنالی به یک دروازه بی‌سیم منتقل می‌کنند که توسط باتری‌ها یا برداشت انرژی از محیط فرآیند تغذیه می‌شود. فرستنده‌های بی‌سیم به‌ویژه در برنامه‌های مقاوم‌سازی که اجرای کابل‌های سیگنال جدید به مکان‌های غیرقابل دسترس یا خطرناک بسیار گران است و در برنامه‌های نظارت بر دارایی‌هایی که حرکت می‌کنند یا می‌چرخند، جایی که اتصالات سیمی غیرعملی است، ارزشمند هستند.

شرایط محیطی و فرآیندی

محیط فیزیکی که فرستنده در آن نصب خواهد شد، الزاماتی را در مورد محفظه فرستنده، رتبه حفاظت از نفوذ و گواهینامه مناطق خطرناک تحمیل می کند:

• حفاظت از ورود: محفظه فرستنده باید دارای حداقل رتبه IP65 (مقاوم در برابر گرد و غبار و محافظت در برابر جت های آب) برای نصب در فضای باز و محیط های شستشو باشد. IP67 (غوطه ور شدن تا 1 متر) برای کاربردهای با خطر سیل آب؛ و IP68 (غوطه ور شدن مداوم) برای فرستنده های نصب شده در مکان های غوطه ور. رتبه IP سر اتصال و هر ورودی کابل باید تأیید شود، زیرا الکترونیک فرستنده ممکن است دارای رتبه IP بالاتری نسبت به اتصالات ورودی واقعی در نصب باشد.
• گواهینامه مناطق خطرناک: فرستنده های نصب شده در مناطقی که طبق استانداردهای طبقه بندی مناطق خطرناک ملی یا بین المللی به عنوان مواد منفجره طبقه بندی می شوند باید دارای گواهینامه مناسب برای طبقه بندی منطقه خاص باشند. رایج‌ترین روش‌های حفاظت از مناطق خطرناک برای فرستنده‌های دما، ایمنی ذاتی (Ex ia یا Ex ib) برای استفاده در مناطق 0، 1 و 2 (خطر گاز)، و محفظه‌های ضد شعله و ضد انفجار (Ex d) برای کاربردهایی است که به فرستنده‌های توان بالاتر نیاز است. بررسی کنید که تأییدیه خاص فرستنده، گروه گاز و کلاس دمایی قابل اعمال در محل نصب را پوشش می‌دهد.
• مقاومت در برابر لرزش و ضربه: در تاسیساتی که در معرض ارتعاش ماشین آلات فرآیند هستند، فرستنده‌هایی را انتخاب کنید که برای فرکانس و دامنه ارتعاش مورد انتظار آزمایش و رتبه‌بندی شده‌اند. فرستنده‌ها برای کاربردهای نظارت بر کمپرسور، پمپ و توربین باید طبق استانداردهای IEC 60068 2 6 با سطوح ارتعاش حداقل 2 گرم در محدوده فرکانس 10 تا 2000 هرتز رتبه‌بندی شوند تا از خرابی زودرس ناشی از خستگی قطعات ناشی از ارتعاش جلوگیری شود.

خلاصه پارامترهای انتخاب کلید

چگونه یک فرستنده دما را عیب یابی کنیم؟

فرستنده دما عیب‌یابی از یک توالی تشخیصی منطقی پیروی می‌کند که به طور سیستماتیک خطا را از حسگر، سیم‌کشی یا الکترونیک فرستنده جدا می‌کند قبل از اینکه به نتیجه‌گیری در مورد اینکه کدام جزء نیاز به توجه دارد. نزدیک شدن به مشکلات فرستنده بدون این ساختار سیستماتیک منجر به جایگزینی غیر ضروری اجزا و طولانی شدن زمان از کار افتادن فرآیند می شود. توالی زیر رایج ترین دسته های خطا در تاسیسات فرستنده دمای صنعتی را پوشش می دهد.

حداکثر یا حداقل خروجی ثابت (سیگنال اشباع)

الف transmitter output locked at 20.5 mA (or the transmitter's upscale failure current) or at 3.6 mA (downscale failure current) indicates that the transmitter has detected an out of range condition or a sensor fault and has driven its output to a preset failsafe value. Diagnose as follows:

1. کدهای خطای فعال را بررسی کنید: یک ارتباط دهنده HART یا نرم افزار پیکربندی سازنده را به فرستنده وصل کنید و هرگونه عیب یابی فعال را بخوانید. سیستم عیب‌یابی خود فرستنده معمولاً تشخیص می‌دهد که آیا عیب ورودی حسگر باز، اتصال کوتاه در ورودی سنسور، ورودی سنسور خارج از محدوده، یا یک خطای سخت‌افزاری داخلی فرستنده است. این اطلاعات تشخیصی بلافاصله بدون نیاز به بازرسی فیزیکی هر عنصر در حلقه اندازه گیری، بررسی را به سمت مؤلفه صحیح هدایت می کند.
2. اندازه گیری تداوم سنسور در پایانه های فرستنده: سیم های سنسور را از پایانه های ورودی فرستنده جدا کنید و مقاومت سنسور (برای RTD) یا تداوم (برای ترموکوپل) را در پیچ های ترمینال با یک مولتی متر کالیبره شده اندازه گیری کنید. یک Pt100 RTD در دمای محیط باید تقریباً 109 تا 110 اهم برای هر 25 درجه سانتیگراد بالاتر از مرجع صفر درجه سنسور اندازه گیری کند. قرائت مدار باز نشان دهنده خرابی عنصر RTD یا قطع شده سنسور است. یک ترموکوپل در دمای محیط باید مقدار مقاومت بسیار پایینی تولید کند (معمولاً 1 تا 10 اهم بسته به جنس و طول ترموکوپل). مدار باز نشان دهنده شکستگی اتصال یا سیم ترموکوپل است.
3. سنسور را دوباره وصل کنید و قرائت را با یک مرجع بررسی کنید: اگر سنسور در پایانه های فرستنده به درستی اندازه گیری می کند اما خروجی فرستنده هنوز اشباع است، بررسی کنید که دامنه اندازه گیری پیکربندی شده فرستنده برای دمای واقعی فرآیند مناسب است. فرستنده ای که به درستی کار می کند سیگنال حسگر را برای دمایی خارج از محدوده پیکربندی شده دریافت می کند، خروجی آن را اشباع می کند. کاهش دامنه اندازه‌گیری یا پیکربندی مجدد دهانه برای دربرداشتن دمای واقعی فرآیند باید عملکرد عادی را بازگرداند.

خروجی نویزدار یا ناپایدار

الفn output that fluctuates rapidly beyond what the process temperature itself could account for indicates electrical noise pickup in the sensor or transmitter wiring, a loose connection, or a moisture ingress problem in the transmitter housing or sensor connection head. Investigate the following in order:

• بررسی زمین سپر: بررسی کنید که محافظ کابل سنسور فقط در یک انتها (معمولاً در اتاق کنترل یا انتهای کابینت مارشالینگ) به زمین متصل باشد و انتهای فیلد محافظ بدون پایان باشد. اتصال به زمین سپر در دو انتها، یک حلقه زمین ایجاد می کند که می تواند نویز را در همان فرکانس منبع تداخل به مدار اندازه گیری تزریق کند. تصحیح سپرهای دو پایه اغلب مشکلات نویز فرستنده را بدون هیچ مداخله دیگری حل می کند.
• پایانه های اتصال را از نظر رطوبت و خوردگی بررسی کنید: سر اتصال فرستنده را باز کنید و تمام پیچ ها و اتصالات ترمینال را از نظر تجمع رطوبت، محصولات خوردگی یا پیچ های ترمینال شل بررسی کنید. رطوبت بین پایانه‌های سیم کشنده ترموکوپل و فلزات زمین شده، جریان‌های نشتی ایجاد می‌کند که به صورت نویز در اندازه‌گیری ظاهر می‌شوند. سر اتصال را با هوای فشرده خشک خشک کنید، پایانه های خورده شده را با پاک کننده تماسی درمان کنید و قبل از مونتاژ مجدد سر با یک مهر و موم ورودی کابل، همه پیچ های ترمینال را با گشتاور مشخص شده ببندید.
• جدا کردن کابل های سنسور از کابل های برق: بررسی کنید که کابل حسگر جدا از کابل‌های برق، کابل‌های درایو فرکانس متغیر و سایر منابع نویز بالا در طول اجرای خود از سنسور تا فرستنده یا اتاق کنترل هدایت شود. مسیریابی موازی کابل های سنسور و برق، کوپلینگ القایی و خازنی ایجاد می کند که نویز را به سیگنال اندازه گیری تزریق می کند. حفظ فاصله حداقل 300 میلی متری از کابل های برق، یا قرار دادن کابل های حسگر در یک مجرای فلزی جداگانه، این مسیر اتصال را حذف می کند.

آفست خواندن: خطای اندازه گیری ثابت

الف temperature transmitter that produces a reading consistently above or below the actual process temperature by a fixed offset across the measurement range, confirmed by comparison with a calibrated reference thermometer in the same process, indicates either a transmitter calibration drift, an incorrect transmitter configuration, or a systematic error source such as lead resistance in an uncompensated two wire RTD connection. Verify the transmitter configuration parameters (sensor type, connection type, span, and zero) against the original commissioning documentation before performing a calibration check, as configuration errors introduced during maintenance are a common and easily corrected cause of systematic reading offsets. If the configuration is confirmed correct, perform a two point calibration check using a precision temperature source and a certified reference transmitter or calibrator to characterize the magnitude and temperature dependence of the offset, and apply a calibration correction or replace the transmitter if the offset exceeds the application's accuracy requirement.

ترانسمیترهای نگهداری دما برای کاربردهای صنعتی

الف disciplined فرستنده دما برنامه تعمیر و نگهداری دقت اندازه‌گیری را حفظ می‌کند، از شکست‌های اندازه‌گیری غیرمنتظره که کنترل فرآیند را مختل می‌کند، جلوگیری می‌کند، و عمر مفید سرمایه‌گذاری ابزار را به حداکثر می‌رساند. برنامه تعمیر و نگهداری برای فرستنده‌های دمای صنعتی شامل تأیید کالیبراسیون دوره‌ای، بازرسی فیزیکی، بررسی داده‌های تشخیصی برای تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌شده و جایگزینی برنامه‌ریزی‌شده اجزای حسگر است که پیری سریع را در سرویس تجربه می‌کنند.

برنامه تأیید کالیبراسیون

فاصله تأیید کالیبراسیون برای فرستنده های دما باید بر اساس نیاز به دقت برنامه، پایداری طولانی مدت مشخص شده فرستنده، و پیامدهای خطای اندازه گیری کشف نشده برای کیفیت و ایمنی کنترل فرآیند تعیین شود. فواصل تأیید کالیبراسیون معمولی برای فرستنده‌های دمای صنعتی از 6 ماه برای اندازه‌گیری‌های حیاتی ایمنی که در آن هر گونه رانش بالاتر یا منفی 0.5 درجه سانتی‌گراد باید فوراً شناسایی شود تا 2 تا 5 سال برای اندازه‌گیری‌های نظارتی غیر بحرانی که در آن مشخصات پایداری بلندمدت فرستنده (معمولاً 0.5 درصد بیشتر یا بیشتر در هر سال از 0.1 درصد منتهی می‌شود) متغیر است. فواصل بین چک ها

راستی‌آزمایی کالیبراسیون باید با استفاده از یک منبع دمایی کالیبره‌شده (کالیبراتور بلوک خشک یا حمام دما) قابل ردیابی با استانداردهای اندازه‌گیری ملی، با دماسنج مرجع کالیبره‌شده با دقت بالاتر از فرستنده بررسی‌شده به عنوان استاندارد مقایسه انجام شود. خوانش‌های یافت شده و چپ را در حداقل دو نقطه دمایی در دهانه پیکربندی شده (معمولاً در 25 درصد و 75 درصد دهانه) ثبت کنید تا هم خطای صفر و هم خطای دهانه را مشخص کنید. تمام نتایج کالیبراسیون را در رکورد کالیبراسیون ابزار ثبت کنید و نتایج را بر روی کالیبراسیون های متوالی تغییر دهید تا حرکت تدریجی را شناسایی کنید که ممکن است نشان دهنده بدتر شدن وضعیت سنسور قبل از تبدیل شدن به یک مشکل اندازه گیری باشد.

بازرسی فیزیکی و نگهداری پیشگیرانه

برنامه بازرسی فیزیکی برای فرستنده های دما باید شامل بررسی های زیر در هر بازدید برنامه ریزی شده تعمیر و نگهداری باشد:

• یکپارچگی محفظه: محفظه فرستنده را از نظر آسیب فیزیکی، خوردگی یا خرابی پوشش های محافظ بررسی کنید. بررسی کنید که تمام ورودی‌های کابل با کابل‌های درجه‌بندی شده اصلی مهر و موم شده باشند و واشرهای روی پوشش فرستنده آسیب ندیده باشند و تماس کامل برقرار کنند. واشرهای فرسوده را تعویض کنید تا درجه حفاظت از نفوذ محفظه حفظ شود.
• اتصالات ترمینال: تمام اتصالات ترمینال را از نظر محکم بودن، خوردگی و وجود رطوبت در سر اتصال بررسی کنید. پیچ های ترمینال را مجدداً با گشتاور مشخص شده محکم کنید. خوردگی در اتصالات ترمینال یک خطای پیشرونده است که باعث افزایش خطای اندازه گیری در طول زمان و در نهایت خرابی مدار باز در صورت عدم رسیدگی می شود.
• وضعیت ترموول (در صورت نصب): ترموول را از نظر خوردگی خارجی، آسیب مکانیکی ناشی از ارتعاشات ناشی از جریان (مشاهده به صورت سایش یا ترک در اتصال فرآیند) و تمیزی داخلی بررسی کنید. یک ترموول با نازک شدن قابل توجه دیواره در اثر خوردگی، خطر آزاد شدن سیال فرآیند را در شکست دیواره باقیمانده ایجاد می‌کند و قبل از اینکه عملکرد حفاظتی اندازه‌گیری ترموول به خطر بیفتد، نیاز به تعویض دارد.
• شرایط عنصر سنسور: برای عناصر RTD و ترموکوپل در معرض، غلاف محافظ را از نظر آسیب مکانیکی، حفره خوردگی و هرگونه نشانه ای از آلودگی سیال فرآیند حفره حسگر بررسی کنید. مقاومت سنسور فعلی (برای RTD) یا مقاومت عایق (برای غلاف ترموکوپل) را با مقادیر پایه ثبت شده در هنگام راه اندازی مقایسه کنید. کاهش مقاومت عایق در غلاف ترموکوپل (زیر 1 مگا اهم در دمای عملیاتی) نشان دهنده ورود رطوبت یا خراب شدن غلاف است که خطاهای اندازه گیری ایجاد می کند و نیاز به تعویض سنسور دارد.

استفاده از داده‌های تشخیصی برای تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده

فرستنده‌های دمای فیلدباس دیجیتالی با قابلیت HART به طور مداوم داده‌های تشخیصی تولید می‌کنند که می‌توان از آن برای شناسایی مشکلات در حال توسعه قبل از ایجاد خطا در اندازه‌گیری استفاده کرد. فرستنده‌های دمای یکپارچه مدرن پارامترهایی از جمله دمای اتصال سرد، مقاومت سنسور (برای ورودی‌های RTD)، ولتاژ منبع تغذیه حلقه، دمای الکترونیکی داخلی فرستنده و کل ساعات کار از آخرین تنظیم مجدد را نظارت و گزارش می‌کنند. بررسی این پارامترهای تشخیصی از طریق یک سیستم مدیریت دارایی در طول عملیات عادی، به‌جای منتظر ماندن برای علامت‌گذاری هشدار توسط فرستنده، رویکردهای تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده را امکان‌پذیر می‌کند که جایگزینی سنسور را بر اساس شاخص‌های وضعیت واقعی به‌جای فواصل زمانی ثابت برنامه‌ریزی می‌کند.

الف progressive increase in RTD sensor resistance above its expected value for the process temperature, observed in diagnostic data over successive readings, is an early indicator of sensor element contamination or mechanical damage that will eventually produce a significant measurement error or open circuit failure. Scheduling sensor replacement at the next planned maintenance window when this trend is first identified, rather than waiting for a complete measurement failure, avoids the process disruption associated with an unscheduled sensor replacement during production. This predictive approach to temperature transmitter maintenance is one of the most cost effective applications of the digital diagnostic capability built into modern industrial temperature transmitters.