Snímač teploty je elektronický přístroj široce používaný v oblasti řízení průmyslových procesů. Jeho hlavní funkcí je převádět slabé signály detekované teplotními senzory (jako jsou termočlánky, tepelné odpory RTDS nebo termistory) na standardní průmyslové procesní signály (nejběžnější jsou 4-20mA DC proudové signály nebo digitální signály) a poté přenášet tento signál do zobrazovacích přístrojů, ovladačů, systémů pro sběr dat nebo akčních členů umístěných v řídicí místnosti nebo na dálku.
Princip činnosti snímače teploty lze shrnout do následujících klíčových kroků:
Vnímání teploty a generování surového signálu:
Teplotní senzor (obvykle termočlánek nebo tepelný odpor, jako je Pt100) přichází do přímého kontaktu s měřeným médiem, aby snímal jeho teplotní změny.
Termočlánek (T/C): Na základě Seebeckova jevu, když existuje teplotní rozdíl mezi dvěma různými kovy na měřicím konci (horký konec) a referenčním konci (studený konec), bude v obvodu generován termoelektrický potenciál (signál napěťového napětí milivolt-, mV) úměrný rozdílu teplot.
Tepelný odpor (RTD): jako Pt100, na základě fyzikální vlastnosti, že hodnota odporu kovového vodiče se zvyšuje s rostoucí teplotou (kladný teplotní koeficient). Změny teploty způsobují změnu jeho hodnoty odporu (například je 100Ω při 0 stupních).
Termistory: Na základě charakteristiky, že hodnota odporu polovodičových materiálů se výrazně mění s teplotou, jsou klasifikovány na typy se záporným teplotním koeficientem (NTC) a kladným teplotním koeficientem (PTC).
Úprava signálu (klíčový krok):
Zesílení: Původní signál generovaný senzorem (vN-změny napětí nebo odporu) je extrémně slabý. Elektronický obvod uvnitř vysílače jej nejprve lineárně zesílí na standardní úroveň vhodnou pro následné zpracování.
Kompenzace studeného konce (pro termočlánky): Termoelektrický potenciál generovaný termočlánkem je funkcí teplotního rozdílu mezi horkým koncem a studeným koncem (referenčním koncem, obvykle umístěným na vnitřní svorce vysílače). Pro získání přesné naměřené teploty (vzhledem k 0 stupňům), musí převodník změřit skutečnou teplotu na svém terminálu (teplota studeného konce), vypočítat termoelektrický potenciál, který je třeba na základě této teploty kompenzovat, a superponovat (nebo ekvivalentně zpracovat) jej na původní signál, čímž se eliminuje chyba způsobená změnou teploty studeného konce.
Linearizace: Termoelektrický potenciál/odpor-teplotní vztah mezi termočlánky a tepelnými odpory není dokonalá přímka, ale má určitý stupeň nelinearity. Převodník obvykle uvnitř ukládá linearizační křivku odpovídající typu snímače (nebo ji vypočítá pomocí vzorce). Zesílený/kompenzovaný signál je linearizován tak, aby přímo a lineárně reprezentoval naměřenou hodnotu teploty.
Nízko{0}}propustné filtrování: Odstraňuje vysokofrekvenční šum, který může být přítomen v signálu (např. elektromagnetické rušení, vibrační rušení atd.), a zvyšuje tak stabilitu a přesnost signálu.
Konverze signálu
Převeďte analogový signál (napětí), který byl upraven (zesílen, kompenzován, linearizován, filtrován) a přesně reprezentuje naměřenou teplotu, na průmyslový standardní výstupní signál.
Nejčastěji používaným výstupním signálem je proudový signál 4-20mA: převedený proudový signál prochází smyčkou. Nulová teplota nebo spodní hranice rozsahu obvykle odpovídá 4 mA a teplota v plném rozsahu odpovídá 20 mA. Proč 4-20mA?
4mA nulový offset: Dokáže pohodlně rozlišit skutečně efektivní nízké signály (4mA) od poruch vedení odpojení snímače (0mA).
Silná ochrana-rušení: Ve srovnání s napěťovými signály nejsou proudové signály citlivé na změny odporu vodiče a poklesy napětí během přenosu na velkou vzdálenost-a je méně pravděpodobné, že budou rušeny elektromagnetickým šumem.
Dvoudrátové napájení: Mnoho vysílačů využívá dvou{1}}vodičové provedení, to znamená, že poskytují napájení a přenášejí proudové signály současně přes dva dráty. Minimální hodnota 4mA zajišťuje vlastní minimální požadavek na provozní proud vysílače (běžně označovaný jako "aktivní nulový bod").
Přenos signálu
Konvertovaný standardní signál (např. 4-20 mA) je přenášen na vzdálený konec pomocí vodičů. Díky svým standardizovaným charakteristikám mohou velíny nebo PLCS a další zařízení přímo přijímat a zpracovávat tento signál pro:
Zobrazte hodnotu teploty (na panelu panelu operátorské stanice DCS/SCADA).
Vstup do regulátoru (jako je PID regulátor) pro logické operace a regulaci.
Uložené v historické databázi nebo používané pro posouzení alarmu.
Pohánějte akční člen (je-li vyžadována regulace-na základě teploty).
