Temperaturna tipala in temperaturni senzorji

Temperaturna tipala - temperaturni senzorji 

Temperaturni senzorji iz platine so največkrat uporabljeni za merjenje temperature v vseh vejah industrije.

Uporovni termometri, primeri različnih izvedb.

         

Temperaturni senzorji iz platine (Pt) so Pt100, Pt500, Pt1000. Številka za oznako Pt nam določa upornost kakršno ima temperaturni senzor pri 0°C. Npr: Pt100 temperaturni senzor ima pri 0°C upornost 100Ω, Pt1000 ima pri 0°C upornost 1000Ω.

Kot osnova za temperaturni senzor največkrat služi tanka plast platine (tanka žica ali naparjena platina) na keramični ploščici, povezana z dvema žicama. Platina se uporablja, ker ima linearno upornost ter visoko stabilnost in ponovljivost meritev v širokem temperaturnem razponu od -270°C do +800°C. Za višje temperature se uporabljajo termoelementi.

Pt temperaturni senzorji se večinoma vgrajujejo v kovinska ohišja (enostransko zaprte cevi - temperaturno tipalo - temperaturna tipala). Zaščita se uporablja, da se zaščiti temperaturni senzor pred vplivi vlage in umazanije, katera bi lahko vpliva na rezultate meritev. Temperaturni senzor je nameščen na dnu temperaturnega tipala. Temperaturna tipala lahko imajo tudi več temperaturnih senzorjev v notranjosti na različnih dolžinah po želji naročnika.

Temperaturna tipala, primeri različnih izvedb.

 

Temperaturno tipalo ima s takšno zaščito na počasnejšo odzivnost na spremembe temperature. Temperaturni senzor ima boljšo odzivnost s tanjšo zaščito - temperaturno tipalo. Tanjše kot je temperaturno tipalo, boljša je odzivnost temperaturnega senzorja na spremembe temperature. Zaščita onemogoča dostop vlage in umazanije do temperaturnega  senzorja, hkrati pa nam s pomočjo različnih izvedb ohišij omogoča lažjo montažo na npr.: cevovode, cisterne, zračne kanele, montaža na stene...

Temperaturni senzorji Pt100, Pt1000... – priključitev

Uporabljamo različne načine za priključitev.

2 žična priključitev:
Dvo žična priključitev se uporablja za temperaturne senzorje pri katerih je največja dolžina priključnega kabla do 3m. Pri takšni priključitvi ima upornost priključnega kabla pri Pt100 senzorju že majhna upornost kabla (0,38ohm) predstavlja napako v izmerjeni temperaturi 1°C. Takšna priključitev ni primerna za natančna meritve temperatur. Zato je boljša izvedba z 3 ali 4 žično priključitvijo.

 

3 žična priključitev:
Pri trožični vezavi temperaturnega senzorja je tretja žica priključnega kabla vezana na eno od nogic temperaturnega senzorja Pt100 ali Pt1000. Pri tem načinu merjenja se meri upornost med žico 1 in 2 ter upornost med rdečima žicama 2 in 3. Ker je znana upornost med rdečima žicama 2 in 3 je zmožen temperaturni pretvornik, PLC ali kakšna kartica izničiti upornost priključnih žic. Te vezave se uporabljajo za dolžine priključnih žic do 50m.

 

4 žična priključitev:
Ta priključitev je optimalna za priključitev temperaturnega senzorja. Pri tej vezavi ne prihaja do napak zaradi dolžine priključnih žic. Zraven merjenja upornosti na temperaturnem senzorju Pt100 ali Pt1000 se ločeno še meri upornost med belima žicama 1 in 2 ter rdečima žicama 3 in 4. S tem načinom se omogoča meritev na temperaturnem senzorju z zelo malimi merilnimi pogreški. Pri takšnih vezavah je možna dolžina žic do 300m.

 

 

Priključitev s temperaturnimi pretvorniki z izhodom 4 - 20mA:

Priključitve s temperaturnimi pretvorniki uporabljamo kadar hočemo signal od meritve kar najbolj natančno "prenesti" od temperaturnega pretvornika do temperaturnega regulatorja, PLC krmilnika ali kakšno drugo enoto.

 
Primer priključitve s temperaturnim pretvornikom

Najpogosteje se uporablja izvedba s temperaturnim pretvornikom s tokovnim izhodom 4...20mA. Merilno območje se določi pri naročilu temperaturnega senzorja. Na primer hočemo meriti temperaturo od -50 do +50°C. To pomeni da bomo pri temperaturi -50°C na izhodu temperaturnega pretvornika izmerili tok 4mA pri temperaturi +50°C pa tok 20mA. Temperatura in tok se spreminjata linearno, kar pomeni da bomo pri temperaturi 0°C izmerili tok 12mA.

Prednosti temperaturnih pretvornikov z izhodom 4...20mA so: "poljubna" dolžina priključnih žic, saj je tok v tokovni zanki vedno enak. V primeru da imamo temperaturni pretvornik sabo priključen in nimamo kakšnega stika nam kaže vrednost 0mA. V primeru da na temperaturni pretvornik ni priključen senzor nam senzor kaže vrednost od 25 do 27mA in tako vemo da je nekaj narobe s priključitvijo temperaturnega senzorja Pt100 ali Pt1000. Temperaturni pretvorniki z tokovnim izhodom 4 - 20mA so tudi lažje dobavljivi kot rezervi del.

Priključitev s temperaturnimi pretvorniki z izhodom 0 - 10V:

Obstajajo tudi pretvorniki z napetostnimi izhodi. Najpogosteje se uporablja temperaturni pretvornik z napetostnim izhodom 0...10V. Temperaturni pretvorniki z izhodom 0 - 10V se v industriji redko uporabljajo. Pri teh pretvornikih prihaja do napak pri meritvah, saj izhodna napetost z daljšo povezavo pada z padanjem napetosti se tudi povečuje napaka pri meritvah. Priporoča se največja dolžina žic do 20m.

Temperaturna tipala – pravilna vgradnja in dimenzioniranje

Na raznih industrijskih objektih, kjer se meri temperatura, prihaja do napak meritev temperature. V večini primerov se težave ne pojavljajo zaradi slabe natančnosti samega temperaturnega senzorja, ampak zaradi napačne vgradnje in dimenzioniranja temperaturnega tipala. Napačno vgrajeno temperaturno tipalo je zelo občutljivo na razliko med temperaturo medija in temperaturo okolice. Tehnologi in inženirji pri projektiranju velikokrat ne upoštevajo dejstva, da kovinski materiali odlično prevajajo toplotno energijo.

Temperaturna tipala je potrebno pravilno dimenzionirati  in  upoštevati naslednje pomembne parametre: premer temperaturnega tipala, dolžino tipala, razliko med temperaturo okolice in medija, hitrost spreminjanja temperature ter sam tlak in hitrost pretoka medija. Pri višjih hitrosti pretoka medija ali višjem tlaku od 40 bar je potrebna večja debelina zaščitne cevi temperaturnega tipala. Upoštevati je potrebno, da je temperaturni senzor vgrajen v konici temperaturnega tipala. Priporoča se, da je vgradna dolžina tipala vsaj 15x daljša od premera tipala od tega naj bo vsaj od do 90% tipala direktno v mediju.

  1. Temperaturno tipalo je vgrajeno pravokotno na cev.
    Takšna vgradnja temperaturnih tipal se ne priporoča za cevi z manjšim notranjim premerom kot je 60mm ali kadar so predvideni visoki pretoki.
  2. Temperaturno tipalo je vgrajeno v koleno cevi;
    Vgradnja v koleno je cevi je priporočljiva v cevi z manjšimi notranjimi premeri pod 60mm, saj v tem primeru nismo omejeni z dolžino temperaturnega tipala. V primerih da je cev zelo tanka se lahko na mestu kjer je vgrajeno tipalo razširi, tako da temperaturno tipalo ne zmanjšuje pretoka.
  3. Temperaturno tipalo je vgrajeno pod kotom.
    Kotna montaža temperaturnega tipala se priporoča pri notranjih premerih cevi od 40 do 60mm. Priporoča se vgradnja pod kotom približno 45° v obratni smeri od toka.
  4. Temperaturno tipalo je vgrajeno v podaljšan merilni nastavek.
    Pri takšnih vgradnjah se pogosto pojavi napaka pri meritvah temperature, saj je temperaturno tipalo zunaj cevi ali cisterne. V primerih z tako visokim varilnim nastavkom je potrebno točno določiti dolžino tipala.