Ο πομπός θερμοκρασίας είναι ένα ηλεκτρονικό όργανο που χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα του βιομηχανικού ελέγχου διεργασιών. Η βασική του λειτουργία είναι να μετατρέπει τα αδύναμα σήματα που ανιχνεύονται από αισθητήρες θερμοκρασίας (όπως θερμοστοιχεία, θερμικές αντιστάσεις RTDS ή θερμίστορ) σε τυπικά σήματα βιομηχανικής διεργασίας (τα πιο συνηθισμένα είναι σήματα ρεύματος συνεχούς ρεύματος 4-20 mA ή ψηφιακά σήματα) και στη συνέχεια να μεταδίδει αυτό το σήμα για να εμφανίσει όργανα, ελεγκτές, ελεγκτές λήψης δεδομένων σε ένα δωμάτιο ή μονάδα ελέγχου.
Η αρχή λειτουργίας ενός πομπού θερμοκρασίας μπορεί να συνοψιστεί στα ακόλουθα βασικά βήματα:
Αντίληψη θερμοκρασίας και παραγωγή πρωτογενούς σήματος:
Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας (συνήθως ένα θερμοστοιχείο ή μια θερμική αντίσταση όπως το Pt100) έρχεται σε άμεση επαφή με το μέσο που μετράται για να ανιχνεύσει τις αλλαγές θερμοκρασίας του.
Θερμοστοιχείο (T/C): Με βάση το φαινόμενο Seebeck, όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ δύο διαφορετικών μετάλλων στο άκρο μέτρησης (θερμό άκρο) και στο άκρο αναφοράς (κρύο άκρο), θα δημιουργηθεί στο κύκλωμα ένα θερμοηλεκτρικό δυναμικό (millivolt-σήμα στάθμης τάσης, mV) ανάλογο με τη διαφορά θερμοκρασίας.
Θερμική αντίσταση (RTD): όπως το Pt100, με βάση τη φυσική ιδιότητα ότι η τιμή αντίστασης του μεταλλικού αγωγού αυξάνεται με την άνοδο της θερμοκρασίας (θετικός συντελεστής θερμοκρασίας). Οι αλλαγές θερμοκρασίας προκαλούν αλλαγή της τιμής της αντίστασής του (για παράδειγμα, είναι 100Ω σε 0 μοίρες).
Θερμίστορ: Με βάση το χαρακτηριστικό ότι η τιμή αντίστασης των ημιαγωγών υλικών μεταβάλλεται σημαντικά με τη θερμοκρασία, ταξινομούνται σε τύπους αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας (NTC) και θετικού συντελεστή θερμοκρασίας (PTC).
Προετοιμασία σήματος (βασικό βήμα):
Ενίσχυση: Το αρχικό σήμα που παράγεται από τον αισθητήρα (MV-μεταβολές επιπέδου τάσης ή αντίστασης) είναι εξαιρετικά αδύναμο. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα μέσα στον πομπό πρώτα τον ενισχύει γραμμικά σε ένα τυπικό επίπεδο κατάλληλο για μετέπειτα επεξεργασία.
Αντιστάθμιση ψυχρού άκρου (για θερμοστοιχεία): Το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που δημιουργείται από ένα θερμοστοιχείο είναι συνάρτηση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ του θερμού και του ψυχρού άκρου (άκρο αναφοράς, που συνήθως βρίσκεται στον εσωτερικό ακροδέκτη του πομπού). Για να αποκτήσει μια ακριβή μετρούμενη θερμοκρασία (σε σχέση με 0 μοίρες), ο πομπός πρέπει να μετρήσει την πραγματική θερμοκρασία στο τερματικό του (θερμοκρασία ψυχρού άκρου), να υπολογίσει το θερμοηλεκτρικό δυναμικό που πρέπει να αντισταθμιστεί βάσει αυτής της θερμοκρασίας και να το τοποθετήσει (ή ισοδύναμη διαδικασία) στο αρχικό σήμα, εξαλείφοντας έτσι το σφάλμα που προκαλείται από την αλλαγή της θερμοκρασίας ψυχρού άκρου.
Γραμμικοποίηση: Η σχέση θερμοηλεκτρικού δυναμικού/αντίστασης-της θερμοκρασίας μεταξύ θερμοζευγών και θερμικών αντιστάσεων δεν είναι μια τέλεια ευθεία γραμμή, αλλά έχει έναν ορισμένο βαθμό μη γραμμικότητας. Ο πομπός συνήθως αποθηκεύει την καμπύλη γραμμικοποίησης που αντιστοιχεί στον τύπο του αισθητήρα μέσα (ή την υπολογίζει χρησιμοποιώντας έναν τύπο). Το ενισχυμένο/αντισταθμιζόμενο σήμα γραμμικοποιείται ώστε να αναπαριστά άμεσα και γραμμικά τη μετρούμενη τιμή θερμοκρασίας.
Χαμηλό-φιλτράρισμα: Αφαιρεί το θόρυβο υψηλής-συχνότητας που μπορεί να υπάρχει στο σήμα (όπως ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, παρεμβολές κραδασμών κ.λπ.) για να βελτιώσει τη σταθερότητα και την ακρίβεια του σήματος.
Μετατροπή σήματος
Μετατρέψτε το αναλογικό σήμα (τάση) που έχει ρυθμιστεί (ενισχύθηκε, αντισταθμίστηκε, γραμμικοποιήθηκε, φιλτραρίστηκε) και αντιπροσωπεύει με ακρίβεια τη μετρούμενη θερμοκρασία σε σήμα εξόδου βιομηχανικού προτύπου.
Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο σήμα εξόδου είναι το σήμα ρεύματος 4-20 mA: το σήμα ρεύματος που μετατρέπεται ρέει μέσω του βρόχου. Η μηδενική θερμοκρασία ή το κατώτερο όριο του εύρους αντιστοιχεί συνήθως σε 4 mA και η θερμοκρασία πλήρους κλίμακας αντιστοιχεί σε 20 mA. Γιατί 4-20mA;
Μηδενική μετατόπιση 4mA: Μπορεί εύκολα να διακρίνει πραγματικά αποτελεσματικά σήματα χαμηλού επιπέδου (4mA) από σφάλματα γραμμής αποσύνδεσης αισθητήρα (0mA).
Ισχυρές αντι-παρεμβολές: Σε σύγκριση με τα σήματα τάσης, τα σήματα ρεύματος δεν είναι ευαίσθητα στις αλλαγές στην αντίσταση του καλωδίου και στις πτώσεις τάσης κατά τη διάρκεια μετάδοσης σε μεγάλες αποστάσεις και είναι λιγότερο πιθανό να παρεμβληθούν από ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο.
Τροφοδοτικό με δύο-καλώδια: Πολλοί πομποί υιοθετούν σχεδιασμό δύο-καλωδίων, δηλαδή παρέχουν ρεύμα και μεταδίδουν ρεύματα σήματα ταυτόχρονα μέσω δύο καλωδίων. Η ελάχιστη τιμή των 4 mA εξασφαλίζει την ελάχιστη απαίτηση ρεύματος λειτουργίας του πομπού (συνήθως αναφέρεται ως "ενεργό σημείο μηδέν").
Μετάδοση σήματος
Το μετατρεπόμενο τυπικό σήμα (όπως 4-20 mA) μεταδίδεται στο απομακρυσμένο άκρο μέσω καλωδίων. Λόγω των τυποποιημένων χαρακτηριστικών του, οι αίθουσες ελέγχου ή το PLCS και άλλος εξοπλισμός μπορούν να λάβουν και να επεξεργαστούν απευθείας αυτό το σήμα για:
Εμφανίστε την τιμή θερμοκρασίας (στον πίνακα πίνακα, σταθμός χειριστή DCS/SCADA).
Είσοδος στον ελεγκτή (όπως ένας ελεγκτής PID) για λογικές λειτουργίες και ρύθμιση.
Αποθηκεύεται στην ιστορική βάση δεδομένων ή χρησιμοποιείται για κρίση συναγερμού.
Οδηγήστε τον ενεργοποιητή (εάν απαιτείται έλεγχος βάσει θερμοκρασίας-).
