Harorat sanoat ishlab chiqarishida eng keng tarqalgan va muhim jarayon parametrlaridan biridir. Neft-kimyo, energiya ishlab chiqarish, oziq-ovqat va ichimliklar, biofarmatsevtika, metallurgiya, mashinasozlik, yangi energiya va atrof-muhitni muhofaza qilish kabi sohalarda jarayon harorati bevosita uskunaning ishlash sharoitlariga, mahsulot sifatiga va ishlab chiqarish xavfsizligiga ta'sir qiladi. Dala haroratini nazorat qilish tizimlari tomonidan tan olinishi va qayta ishlanishi mumkin bo'lgan standart signallarga aniq aylantirish uchun harorat o'tkazgichlari sanoat avtomatlashtirish va jarayonni o'lchash tizimlarida keng qo'llaniladi.
Harorat o'tkazgich oddiygina "haroratni ko'rsatish" dan ko'proq narsani bajaradi. Odatda u harorat sensori, signalni sozlash davri, analog-raqamli konvertatsiya moduli, haroratni qoplash funktsiyasi va chiqish modulidan iborat. U RTD yoki termojuftlardan harorat signallarini 4-20 mA, 1-5 V DC, HART va RS485/Modbus kabi standart sanoat signallariga aylantiradi va keyin ularni PLC, DCS, SCADA yoki boshqa boshqaruv tizimlariga uzatadi. Shuning uchun harorat o'tkazgichni tanlash bir nechta omillarni o'z ichiga oladi, jumladan, sensor turi, o'lchov oralig'i, aniqlik, texnologik ulanish, termovel materiali, chiqish signali va o'rnatish usuli.
1. Harorat o'tkazgich nima?
Harorat o'tkazgich - bu jarayon haroratini o'lchash va harorat signalini standart elektr yoki raqamli aloqa signaliga aylantirish uchun ishlatiladigan sanoat asbob. Odatda RTD va termojuft kabi harorat sensorlari bilan birgalikda ishlatiladi. Transmitter sensor tomonidan yaratilgan zaif qarshilik yoki termoelektrik signallarni oladi, kuchaytiradi, chiziqli qiladi va kompensatsiya qiladi va keyin ularni o'lchangan haroratga mos keladigan standart chiqish signaliga aylantiradi.
Misol tariqasida tez-tez ishlatiladigan 4-20 mA harorat o'tkazgichini oladigan bo'lsak, o'lchash diapazoni 0 dan 100 darajagacha sozlanganda, 0 daraja nazariy jihatdan 4 mA ga, 100 daraja esa 20 mA ga to'g'ri keladi. Ushbu ikki nuqta orasidagi haroratlar tuzilgan chiziqli munosabatlarga muvofiq mos keladigan oqim qiymatlariga aylantiriladi. Tekshirish tizimi uchun qabul qilingan signal sensordan olingan asl qarshilik yoki millivolt signal emas, balki harorat uzatuvchi tomonidan qayta ishlangan standartlashtirilgan signaldir. Bu uzoq masofalarga signal uzatishni yaxshilaydi va sanoat boshqaruv tizimlari bilan muvofiqlikni oshiradi.
Strukturaviy nuqtai nazardan, harorat o'tkazgich odatda sensorli kirish interfeysi, signalni sozlash davri, mikroprotsessor, A / D va D / A konversiya modullari, quvvat manbai moduli va chiqish aloqa modulini o'z ichiga oladi. Zamonaviy aqlliharorat o'tkazgichlaridasturiy ta'minot orqali sensor konfiguratsiyasi, diapazonni sozlash, nol nuqtani tuzatish, nosozlik diagnostikasi va haroratni qoplash kabi funktsiyalarni ham taqdim etishi mumkin.
Sanoat avtomatlashtirish tizimida harorat uzatuvchisi, asosan, dala harorati sensori va boshqaruv tizimi o'rtasida signalni o'zgartirish va ma'lumotlar interfeysi sifatida xizmat qiladi.
2. Asosiy harorat sensori qanday tanlanishi kerak?
Harorat o'tkazgichning asosiy o'lchov elementi odatda RTD yoki termojuftdir. Shuning uchun sensorni tanlash to'g'ridan-to'g'ri o'lchov aniqligi, barqarorligi va dastur mosligiga ta'sir qiladi. Muhandislik tanlovi vaqtida "termojuftlar yuqori haroratlar uchun va RTDlar past haroratlar uchun" degan qoidaga oddiygina amal qilish o'rinli emas. Buning o'rniga, muhandislar o'lchov diapazoni, jarayon muhiti, aniqlik talablari, javob berish vaqti, o'rnatish muhiti va umumiy asboblar tizimini hisobga olishlari kerak.
RTDlar birinchi navbatda metallning elektr qarshiligi va harorat o'rtasidagi munosabatdan foydalanadi. Ular orasida Pt100 va Pt1000 eng ko'p ishlatiladigan turlardir. RTDlar odatda yaxshi o'lchov aniqligi va uzoq muddatli barqarorlikni ta'minlaydi va nisbatan yuqori o'lchov aniqligi talab qilinadigan o'rta va past haroratli ilovalar uchun ayniqsa mos keladi. Odatdagi ilovalar orasida saqlash tanklari, issiqlik almashinuvchilari, quvurlar, reaktorlar, oziq-ovqat va farmatsevtika mahsulotlarini qayta ishlash uskunalari mavjud.
Termojuftlar haroratni o'lchash uchun ikki xil o'tkazgich o'rtasida hosil bo'lgan termoelektr ta'siridan foydalanadi. Ular keng harorat oralig'ini, nisbatan tez javob berishni va oddiy qurilishni taklif qiladi. Sanoat pechlari, issiqlik bilan ishlov berish uskunalari, qozonxonalar va pechlar kabi yuqori haroratli ilovalar uchun termojuftlar ko'pincha mosroq tanlovdir.
Sensorning mexanik tuzilishini ham hisobga olish kerak. Xuddi shu turdagi sensordan foydalanilganda ham, termovel uzunligi, kiritish chuqurligi va sezgir element konstruktsiyasidagi farqlar haqiqiy o'lchov natijasiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Shuning uchun harorat o'tkazgichni tanlash faqat PT100 yoki termojuftdan foydalanishga e'tibor qaratmasligi kerak. Sensor qurilishi, o'rnatish usuli va jarayon sharoitlari ham baholanishi kerak.
3. PT100 va PT1000 o'rtasidagi farq nima?
PT100 ham, PT1000 ham platinali RTDlardir. "100" va "1000" raqamlari ularning nominal qarshilik qiymatlarini bildiradi 0 daraja . PT100 0 gradusda 100 Ō nominal qarshilikka ega, PT1000 esa 0 gradusda 1000 Ō nominal qarshilikka ega. Ikkala sensor ham bir xil asosiy o'lchash printsipidan foydalanadi: platinaning elektr qarshiligi harorat bilan taxminiy ravishda o'zgaradi.
Eng aniq farq ularning qarshilik qiymatidir. PT1000 ning asosiy qarshiligi yuqori bo'lganligi sababli, ma'lum bir harorat o'zgarishi uchun uning qarshilik o'zgarishi ham kattaroqdir. Uzoq masofadagi haroratni o'lchashda ulanish simlarining qarshiligi o'lchash xatolarini keltirib chiqarishi mumkin. PT1000 ning qarshiligi PT100 qarshiligidan sezilarli darajada yuqori bo'lganligi sababli, qo'rg'oshin simi qarshiligining nisbiy ta'siri odatda past bo'ladi. Natijada, PT1000 datchiklari ma'lum uzoq masofali simlarni ulash ilovalarida afzalliklarni taqdim etishi mumkin.
Uch simli RTD konfiguratsiyasi uchun harorat o'tkazgich ulanish simlarining qarshiligini qoplashi mumkin va shu bilan qo'rg'oshin qarshiligining o'lchov aniqligiga ta'sirini kamaytiradi. To'rt simli konfiguratsiya yanada yuqori o'lchov aniqligini ta'minlaydi, garchi u qo'shimcha simlarni talab qiladi va tizim narxini oshirishi mumkin.
Shuning uchun, PT100 yoki PT1000 "yaxshiroq" ekanligiga mutlaqo javob yo'q. Agar ob'ekt allaqachon PT100 datchiklaridan foydalansa va o'tkazgich masofasi o'rtacha aniqlik talablari bilan nisbatan qisqa bo'lsa, odatda PT1000 ga o'tishning hojati yo'q, chunki uning qarshiligi yuqori. Uzoq masofaga uzatish yoki qo'rg'oshin qarshiligining ta'sirini minimallashtirish muhim bo'lgan ilovalar uchun PT1000 yaxshiroq tanlov bo'lishi mumkin.
Barcha holatlarda tanlangan sensor va harorat o'tkazgichning kirish spetsifikatsiyasi o'rtasidagi muvofiqlikni tasdiqlash kerak.
4. Termojuftlar va RTDlar o'rtasidagi farq nima?
RTD va termojuft sanoatda haroratni o'lchash uchun keng qo'llanilishiga qaramasdan, ular butunlay boshqa printsiplarga muvofiq ishlaydi. RTDlar haroratni elektr qarshiligidagi o'zgarishlarni o'lchash orqali aniqlaydi, termojuftlar esa haroratni ikki xil Supero'tkazuvchilar material tomonidan ishlab chiqarilgan termoelektrik kuchlanish asosida aniqlaydi.
O'lchov aniqligi nuqtai nazaridan, yuqori sifatli RTDlar odatda tez-tez ishlatiladigan harorat diapazonlarida mukammal aniqlik va barqarorlikni ta'minlaydi. Shuning uchun ular haroratni nisbatan aniq o'lchashni talab qiladigan ilovalar uchun javob beradi. Termojuftlar, aksincha, keng o'lchash diapazoni, tezkor javob berish va yuqori haroratli muhitda ishlash qobiliyati tufayli ayniqsa foydalidir.
Signal xususiyatlariga ko'ra, RTD to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish signali emas, balki qarshilikning o'zgarishini keltirib chiqaradi, shuning uchun o'lchash davri odatda qo'zg'alish oqimini talab qiladi. Termojuft millivolt darajasidagi termoelektrik kuchlanish hosil qiladi. Ushbu signal juda kichik bo'lganligi sababli, termojuftni o'lchash ehtiyotkorlik bilan sovuq birikma kompensatsiyasini, signalni sozlashni va shovqinni nazorat qilishni talab qiladi.
Ilovalar nuqtai nazaridan, PT100 va PT1000 kabi RTDlar odatda saqlash tanklari, quvurlar, issiqlik almashinuvchilari, kompressorlar, nasoslar, reaktorlar va boshqa o'rta va past haroratli jarayonlarda qo'llaniladi. K tipidagi, J tipidagi, E tipidagi, T tipidagi, S tipidagi, R tipidagi va B tipidagi termojuftlar sanoat pechlari, pechlar, issiqlik bilan ishlov berish uskunalari, qozonxonalar va boshqa yuqori haroratli jarayonlarda keng qo'llaniladi.
Shuning uchun muhandislar sensorni asbobning turiga qarab oddiygina tanlashdan ko'ra, haqiqiy jarayon harorati oralig'iga, aniqlik talablariga, javob vaqtiga va ish muhitiga qarab tanlashlari kerak.
5. Chiqish signalini qanday tanlash kerak?
Harorat uzatgichining chiqish signali to'g'ridan-to'g'ri PLC, DCS, ma'lumotlarni yig'ish tizimi yoki boshqa nazorat uskunalari bilan to'g'ri aloqa qila olishini aniqlaydi. Sanoat dasturlarida eng ko'p ishlatiladigan chiqish 4-20 mA analog signaldir. Boshqa variantlar orasida 4-20 mA + HART, RS485/Modbus va turli raqamli aloqa protokollari mavjud.
4-20 mA signali eng keng tarqalgan sanoat standartlaridan biriga aylandi, chunki u elektr shovqinlariga yaxshi qarshilik ko'rsatadi va uzoq masofalarga uzatish uchun mos keladi. Termojuft tomonidan ishlab chiqarilgan millivolt darajasidagi kuchlanishni yoki RTD dan qarshilik signalini to'g'ridan-to'g'ri uzatish bilan solishtirganda, 4-20 mA murakkab sanoat muhitlari bilan yaxshi muvofiqlikni ta'minlaydi.
Pastki o'lchov chegarasi sifatida 4 mA dan foydalanish ham nol oqim holatidan foydali farqni ta'minlaydi. Signal liniyasi uzilgan bo'lsa, boshqaruv tizimi g'ayritabiiy oqim holatini aniqlashi va nosozlik yuzaga kelishi mumkinligini aniqlashi mumkin.
Agar dastur nafaqat haroratni uzatishni, balki asbob konfiguratsiyasini, diapazonni sozlashni, diagnostika qilishni yoki qurilmaning qo'shimcha parametrlariga kirishni talab qilsa, 4-20 mA + HART harorat transmitterini ko'rib chiqish mumkin. HART an'anaviy 4-20 mA analog signal ustiga raqamli aloqani qo'shib, yanada kengroq asbob konfiguratsiyasi va diagnostikasini ta'minlaydi.
Aqlli zavodlar, uskunalar tarmog'i va raqamli ma'lumotlarni yig'ish tizimlari uchun PLC yoki ma'lumotlarni yig'ish uskunasi tegishli protokolni qo'llab-quvvatlasa, RS485/Modbus ko'rib chiqilishi mumkin. Raqamli aloqa harorat ma'lumotlarini to'g'ridan-to'g'ri raqamli shaklda, ma'lum qurilma holati va diagnostika ma'lumotlari bilan birga uzatishi mumkin, bu uni ba'zi bir ko'p nuqtali ma'lumotlarni yig'ish ilovalari uchun mos qiladi.
Shuning uchun chiqish signalini tanlash faqat transmitterning o'ziga asoslanmasligi kerak. Boshqaruv tizimining kirish moduli, aloqa protokoli, uzatish masofasi va umumiy tarmoq arxitekturasi ham e'tiborga olinishi kerak.
6. Qanday Termovel materiallari mavjud?
Harorat sensorlari odatda sensor elementini texnologik muhitdan izolyatsiya qilish va himoya qilish uchun termovel yoki himoya naychani talab qiladi. Termovel nafaqat mexanik himoyani ta'minlaydi, balki harorat sensori xizmat muddati va o'lchov ishonchliligiga bevosita ta'sir qiladi. Kimyoviy, neft, farmatsevtika va yuqori haroratli sanoat ilovalarida termovel materiallarini tanlash ayniqsa muhimdir.
Umumiy termovel materiallariga 304 zanglamaydigan po'lat, 316L zanglamaydigan po'lat va turli xil maxsus qotishmalar kiradi. 304 zanglamaydigan po'lat yaxshi umumiy ishlashni ta'minlaydi va umumiy sanoat muhitlari uchun mos keladi. 316L zanglamaydigan po'lat korroziyaga yaxshi qarshilik ko'rsatadi va ayniqsa, xlorid ionlari, oziq-ovqat yoki yuqori kimyoviy moddalar talablari qo'llaniladigan ilovalar uchun mos keladi.
Yuqori haroratli, yuqori bosimli yoki yuqori korroziv vositalar uchun oddiy zanglamaydigan po'latdan etarli ishlashni ta'minlamasligi mumkin. Bunday hollarda material texnologik muhitning tarkibiga, ish haroratiga, bosimga va korrozivlikka qarab tanlanishi kerak. Ilovaga qarab, Hastelloy yoki nikel asosidagi qotishmalar kabi maxsus qotishmalar ko'rib chiqilishi mumkin.
Termovelni tanlashda yana bir muhim e'tibor mexanik kuchdir. Harorat sensori to'g'ridan-to'g'ri yuqori tezlikda ishlaydigan quvur liniyasiga kiritilganda, termovel suyuqlik kuchlari, tebranish va mexanik stressga duchor bo'lishi mumkin. Shuning uchun, korroziyaga chidamliligiga qo'shimcha ravishda, muhandislar termovelning tashqi diametrini, devor qalinligini, kiritish uzunligini va oqim tebranishiga chidamliligini hisobga olishlari kerak.
7. Harorat o'tkazgichlarini o'rnatish usullari qanday?
Harorat o'tkazgichni o'rnatish usuli odatda uskunaning tuzilishiga, texnologik quvurlarga, texnik xizmat ko'rsatish talablariga va ish muhitiga qarab tanlanishi kerak. Umumiy o'rnatish usullari ajralmas o'rnatish, masofaviy yoki ajratilgan o'rnatish, tishli o'rnatish, gardishli o'rnatish va qisqichni o'rnatishni o'z ichiga oladi.
Integral harorat o'tkazgichi harorat sensori, termovel va transmitterni bitta yig'ilishga birlashtiradi. U ixcham tuzilmani ta'minlaydi va dalada o'rnatishni soddalashtiradi, bu uni umumiy sanoat quvurlari, uskunalar va saqlash tanklari uchun mos qiladi. Cheklangan o'rnatish maydoni bo'lgan ilovalar uchun integral konfiguratsiya dala simlari va o'rnatish ishlarini kamaytirishi mumkin.
Tishli o'rnatish sanoat ilovalarida qo'llaniladigan eng keng tarqalgan usullardan biridir. Odatda ip spetsifikatsiyalari M20 × 1,5, G1/2 va NPT1/2 ni o'z ichiga olishi mumkin. Ipning aniq spetsifikatsiyasi uskuna yoki quvur liniyasining texnologik ulanishiga qarab tanlanishi kerak. Tishli ulanishlar oddiy va umumiy haroratni o'lchash ilovalari uchun keng qo'llaniladi.
Flanjli o'rnatish yuqori bosimli ilovalar, katta diametrli quvurlar va muntazam olib tashlash va texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladigan jarayonlar uchun ko'proq mos keladi. Jarayonning ulanishi va ish sharoitlariga ko'ra turli gardish standartlari va bosim ko'rsatkichlari tanlanishi mumkin.
Oziq-ovqat va ichimliklar va biofarmatsevtik jarayonlarda sanitariya qisqichlari ulanishlari odatda qo'llaniladi. Ularning tuzilishi o'rnatish, demontaj qilish, tozalash va texnik xizmat ko'rsatishni osonlashtiradi va jarayon qoldiqlari yoki ifloslanish to'planishi mumkin bo'lgan joylarni kamaytirishga yordam beradi.
O'rnatish joyi bir xil darajada muhimdir. Harorat sensori texnologik muhitning haqiqiy haroratini aniq ko'rsata oladigan joyga o'rnatilishi kerak. Turg'un zonalar, o'lik oyoqlar yoki tashqi issiqlik manbalaridan bevosita ta'sirlangan joylar kabi joylardan odatda qochish kerak.
Quvurlar haroratini o'lchash uchun sensor elementi texnologik muhitga etarli darajada ta'sir qilish uchun etarli kiritish chuqurligini ta'minlash kerak. Aks holda, hatto yuqori aniqlikdagi harorat o'tkazgich ham noto'g'ri o'rnatish tufayli sezilarli o'lchash xatolariga olib kelishi mumkin.
8. Muhandislar tez-tez yo'l qo'yadigan umumiy harorat o'tkazgichni tanlashda xatolar
Harorat o'tkazgichni tanlashda eng ko'p uchraydigan muammolardan biri bu PT100 va termojuft o'rtasida noto'g'ri tanlov emas, balki haqiqiy jarayon sharoitlarini e'tiborsiz qoldirgan holda faqat o'lchash diapazoni va aniqligiga e'tibor berishdir.
Masalan, agar jarayon muhitining harorati 200 daraja bo'lsa, muhandis 0-300 daraja o'lchov oralig'iga ega bo'lgan harorat o'tkazgichni etarli deb hisoblashi mumkin. Shu bilan birga, sensor turi, termovelning harorat darajasi, jarayon bosimi, oqim tezligi, korroziylik va o'rnatish tuzilishi ham baholanishi kerak.
Yana bir keng tarqalgan noto'g'ri tushuncha - "yuqori aniqlik har doim yaxshiroq". Aslida, haroratni o'lchash tizimining umumiy aniqligi faqat harorat o'tkazgichga bog'liq emas. Bunga sensorning aniqlik klassi, simi konfiguratsiyasi, o'rnatish usuli, termovel dizayni va atrofdagi ish muhiti ham ta'sir qiladi.
Sensorning o'zi etarli darajada aniqlikni ta'minlamasa, yuqori aniqlikdagi harorat o'tkazgichni tanlash butun o'lchov zanjirining aniqligini tubdan yaxshilay olmaydi.
Tez-tez e'tibordan chetda qoladigan yana bir omil - bu javob vaqti. Tez isitish, sovutish yoki dinamik haroratni nazorat qilish bilan bog'liq jarayonlarda juda qalin termovel yoki uzoq javob vaqtiga ega bo'lgan sensor o'lchangan haroratning haqiqiy jarayon haroratidan sezilarli darajada orqada qolishiga olib kelishi mumkin.
Bunday hollarda transmitter hali ham sensor haroratini aniq o'lchashni ta'minlab turishi mumkin, ammo signal endi real vaqt rejimidagi jarayonni samarali boshqarish uchun etarlicha tez aks ettirmasligi mumkin.
Elektr shovqinlarini ham hisobga olish kerak. Termojuft signallari odatda juda kichikdir. O'rnatish muhitida o'zgaruvchan chastotali drayvlar, motorlar, yuqori quvvatli uskunalar yoki yuqori voltli elektr kabellari bo'lsa, noto'g'ri signal o'tkazgichlari, ekranlash yoki topraklama harorat signallarining o'zgarishiga olib kelishi mumkin.
Shu sababli, murakkab sanoat muhitida xom sensor signalini uzoq masofaga uzatish odatda afzal qilingan echim emas. Buning o'rniga, signalni konvertatsiya qilish sensorga iloji boricha yaqinroq bo'lishi kerak va keyin 4-20 mA kabi standartlashtirilgan signal boshqaruv tizimiga uzatilishi mumkin.
Yana bir keng tarqalgan xato - bu to'liq haroratni o'lchash tizimini tekshirmasdan transmitterni tanlash. To'liq haroratni o'lchash nuqtasi sensor, termovel, transmitter, texnologik ulanish, signal kabeli va boshqaruv tizimining kirish modulini o'z ichiga olishi mumkin. Ushbu nuqtalardan birida noto'g'ri tanlov yakuniy o'lchov natijasiga ta'sir qilishi mumkin.
Shuning uchun harorat o'tkazgichni tanlashda dasturni quyidagi tartibda baholash tavsiya etiladi:
Jarayon muhiti → Harorat → Bosim → Sensor → Termovel → Jarayon ulanishi → Chiqish signali → O‘rnatish usuli → Boshqarish tizimi
Umuman olganda, harorat o'tkazgich sanoat avtomatlashtirishda keng tarqalgan vosita bo'lsa-da, uni tanlash issiqlik o'lchash, materiallar muhandisligi, mexanik dizayn, elektr signallarini qayta ishlash va texnologik dasturlarni o'z ichiga olgan bir nechta fanlarni o'z ichiga oladi.
Haqiqatan ham mos keladigan harorat o'tkazgichni tanlash shunchaki o'lchov diapazonini aniqlash masalasi emas. Buning o'rniga, sensor, termovel, transmitter, o'rnatish tuzilishi va nazorat qilish tizimi to'liq o'lchov tizimi sifatida to'g'ri mos kelishi kerak.
Faqatgina haqiqiy jarayon sharoitlarini to'liq hisobga olgan holda muhandislar o'lchov aniqligi, barqarorligi, javob berish vaqti, xizmat muddati va texnik xizmat ko'rsatish narxi o'rtasidagi to'g'ri muvozanatga erishishlari mumkin.
