Termoelement eller RTD: välja temperaturgivare för provning

Temperatur är den vanligaste mätstorheten i en provbänk, och det första beslutet gäller givartypen. Valet mellan termoelement och RTD står mellan mätområde och robusthet å ena sidan och noggrannhet och stabilitet å den andra. Den här artikeln jämför de två givartyperna, förklarar de inkopplingsdetaljer som ligger bakom de flesta mätfel och listar de ICP DAS-moduler som läser in respektive typ.

Så fungerar de två givarna

Ett termoelement är en förbindning mellan två olika metaller. Det ger en liten spänning som beror på temperaturskillnaden mellan mätpunkten och den punkt där termoelementtrådarna möter koppar, det kalla lödstället. Ett termoelement av typ K ger ungefär 41 µV per °C, så ingången måste kunna upplösa mikrovolt och undertrycka störningar.

En RTD (resistanstermometer) är ett motstånd vars resistans ökar med temperaturen. En Pt100 har 100 Ω vid 0 °C och ändras med cirka 0,385 Ω per °C; en Pt1000 har 1000 Ω vid 0 °C. Ingångsmodulen driver en liten ström genom givaren och mäter spänningen över den.

Termoelement och RTD i korthet

Välj RTD när du behöver noggrannhet och stabilitet mellan ungefär −200 och +600 °C. Välj termoelement för högre temperaturer, små eller snabba givare och tuffa mekaniska förhållanden.

Kallödskompensering

Ett termoelement mäter en skillnad. För att få den absoluta temperaturen mäter modulen temperaturen vid sina egna anslutningsplintar och adderar motsvarande termoelementspänning. Denna kallödskompensering (CJC) blir aldrig bättre än temperaturöverensstämmelsen mellan plintarna och CJC-givaren, så montera modulerna på avstånd från värmekällor och drag. Dra termoelementkabel eller motsvarande förlängningskabel hela vägen till ingångsplintarna; ett kopparavsnitt däremellan skapar nya lödställen med okänd temperatur.

Bland ICP DAS ingångar kompenserar ET-2218HS-16 och USB-4018HS automatiskt på varje kanal. M-7018-16-G och signalomvandlaren SG-3011 har en justerbar CJC-offset för finkalibrering. För kort av typen PCI-1800U har plintkortet DB-8225 en kallödskrets på analog ingångskanal 1.

Ledningsresistans: 2-, 3- och 4-ledarinkoppling av RTD

Vid 2-ledarinkoppling adderas ledningsresistansen direkt till givarresistansen.

Räkneexempel: en Pt100 på 10 m kopparkabel med 0,5 mm² area ser ungefär 0,34 Ω per ledare, eller 0,69 Ω i slingan. Delat med 0,385 Ω/°C blir mätvärdet ungefär 1,8 °C för högt. Samma kabel med en Pt1000 ger ett fel på ungefär 0,18 °C, eftersom givaren ändras tio gånger så mycket per grad.

En 3-ledarinkoppling använder en tredje ledare för att mäta och dra bort ledningsresistansen, under förutsättning att alla ledare är lika, och är det vanliga valet för kablage i provbänkar. En 4-ledarinkoppling leder matningsströmmen i det ena paret och mäter spänningen i det andra, vilket eliminerar ledningsresistansen ur resultatet; använd den för kalibrering och referensmätningar.

M-7015P-G, ET-2215H, ET-7015 och ET-7215 har eliminering av ledningsresistans för 3-ledare. M-7033-G hanterar RTD med 2, 3 och 4 ledare, med eliminering av ledningsresistans för 3- och 4-ledarinkoppling.

Svarstid och samplingsfrekvens

Givarens svarstid beror främst på konstruktionen och den termiska kontakten med provobjektet. Tunna, exponerade termoelementlödställen reagerar snabbast; en givare med skyddsrör, oavsett typ, reagerar långsammare ju större diametern är.

Ingångsmodulen måste också sampla tillräckligt snabbt. Vanliga flerkanalsmoduler delar samplingsfrekvensen mellan kanalerna: M-7018-G samplar totalt 10 Hz över 8 kanaler och M-7015-G 12 Hz över 6, vilket passar långsamma termiska prov. För snabba transienter samplar ET-2218HS-16 och USB-4018HS termoelement med 100 Hz per kanal, och ET-2215H samplar RTD med 90 Hz per kanal i snabbläge, med ±0,1 % av FSR noggrannhet jämfört med ±0,05 % i normalläge vid 1,5 Hz. Termoelementomvandlaren SG-3011H har en svarstid som väljs med omkopplare: 0,5 ms eller 100 ms.

Vilka ICP DAS-moduler passar

Termoelementingångar

• M-7018-G (8 kanaler) och M-7018-16-G (16 kanaler): moduler för RS-485 med Modbus RTU och DCON, differentiella ingångar för typ J, K, T, E, R, S, B, N och C samt spännings- och strömområden. M-7018R-G har dessutom överspänningsskydd för 240 Vrms och detektering av brutet termoelement.
• M-7019R-G: universell 8-kanalsingång för termoelement (inklusive typ L, M och L DIN43710), spänning och ström, med individuellt mätområde per kanal.
• ET-2218HS-16: 16-kanals Ethernetmodul med standardkontakter för termoelement, 100 Hz per kanal och automatisk CJC.
• USB-4018HS och USB-4018HS-16: 8 eller 16 kanaler via USB, bussmatade, ±0,5 °C noggrannhet och 100 Hz per kanal.

RTD-ingångar

• M-7015-G: 6-kanalsmodul för RS-485 för Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 och Cu1000 med detektering av ledningsbrott; M-7015P-G har dessutom eliminering av ledningsresistans för 3-ledare. M-7033-G har 3 kanaler för RTD med 2, 3 eller 4 ledare.
• ET-2215H och ET-2215H-16: 8 eller 16 snabba RTD-kanaler via Ethernet, 90 Hz per kanal.
• ET-7015 och ET-7215: 7-kanals RTD-moduler för Ethernet, avsedda för långa RTD-kabeldragningar.

Signalomvandlare

För DAQ-kort eller PLC:er med spännings- eller strömingångar omvandlar SG-3011 (termoelement) och SG-3013 (RTD) en givare till en spännings- eller strömutgång, med 1000 VDC trevägsisolation.

Skicka dina givartyper, temperaturområden, antal kanaler och önskad samplingsfrekvens till vårt tekniska säljteam, så föreslår vi lämpliga moduler.