A hőmérséklet-távadó egy elektronikus műszer, amelyet széles körben használnak az ipari folyamatszabályozás területén. Alapvető feladata, hogy a hőmérsékletérzékelők (például hőelemek, hőellenállások RTDS vagy termisztorok) által észlelt gyenge jeleket szabványos ipari folyamatjelekké alakítsa (leggyakrabban 4-20 mA egyenáramú jelek vagy digitális jelek), majd ezt a jelet továbbítsa a vezérlőteremben vagy távolról elhelyezett kijelző műszerekre, vezérlőkre, adatgyűjtő rendszerekre vagy aktuátorokra.
A hőmérséklet-távadó működési elve a következő fő lépésekben foglalható össze:
Hőmérséklet érzékelés és nyers jel generálása:
Egy hőmérséklet-érzékelő (általában hőelem vagy hőellenállás, például Pt100) közvetlenül érintkezik a mért közeggel, hogy érzékelje annak hőmérsékletváltozásait.
Hőelem (T/C): A Seebeck-effektus alapján, ha hőmérséklet-különbség van két különböző fém között a mérési végén (hot end) és a referencia végén (hideg végén), akkor az áramkörben a hőmérséklet-különbséggel arányos termoelektromos potenciál (millivolt-szint feszültségjel, mV) keletkezik.
Hőellenállás (RTD) : például Pt100, azon a fizikai tulajdonságon alapul, hogy a fémvezető ellenállásértéke a hőmérséklet emelkedésével nő (pozitív hőmérsékleti együttható). A hőmérséklet változása miatt az ellenállás értéke megváltozik (például 0 fokon 100Ω).
Termisztorok: Azon jellemző alapján, hogy a félvezető anyagok ellenállásértéke jelentősen változik a hőmérséklettel, negatív hőmérsékleti együttható (NTC) és pozitív hőmérsékleti együttható (PTC) típusba sorolhatók.
Jelkondicionálás (kulcslépés):
Erősítés: Az érzékelő által generált eredeti jel (MV{0}}szintű feszültség vagy ellenállás változása) rendkívül gyenge. Az adó belsejében lévő elektronikus áramkör először lineárisan felerősíti azt egy szabványos szintre, amely alkalmas a későbbi feldolgozásra.
Hideg vég kompenzáció (hőelemeknél): A hőelem által generált termoelektromos potenciál a meleg vég és a hideg vég (referenciavég, általában az adó belső kivezetésénél található) közötti hőmérséklet-különbség függvénye. A pontos mért hőmérséklet (0 fokra vonatkoztatva) eléréséhez a távadónak meg kell mérnie a tényleges hőmérsékletet a terminálján (hideg véghőmérséklet), ki kell számítania a termoelektromos potenciált, amelyet e hőmérséklet alapján kompenzálni kell, és azt az eredeti jelre szuperponálnia (vagy azzal egyenértékű eljárással), ezzel kiküszöbölve a hideg véghőmérséklet változása okozta hibát.
Linearizáció: A hőelemek és a hőellenállások közötti termoelektromos potenciál/ellenállás{0}}hőmérséklet összefüggés nem egy tökéletes egyenes vonal, de van bizonyos fokú nemlinearitása. A távadó általában az érzékelő típusának megfelelő linearizációs görbét tárolja belül (vagy képlet segítségével számítja ki). Az erősített/kompenzált jel linearizálva van, hogy közvetlenül és lineárisan reprezentálja a mért hőmérsékleti értéket.
Alul{0}}áteresztő szűrés: Eltávolítja a jelben előforduló magas-frekvenciás zajokat (például elektromágneses interferencia, rezgési interferencia stb.), hogy javítsa a jel stabilitását és pontosságát.
Jelátalakítás
A kondicionált (erősített, kompenzált, linearizált, szűrt) és a mért hőmérsékletet pontosan reprezentáló analóg jelet (feszültséget) ipari szabványos kimeneti jellé alakíthatja.
A leggyakrabban használt kimeneti jel a 4-20 mA-es áramjel: az átalakított áramjel folyik át a hurkon. A nulla hőmérséklet vagy a tartomány alsó határa általában 4mA-nek, a teljes hőmérséklet pedig 20mA-nek felel meg. Miért 4-20mA?
4 mA nullaponteltolás: Kényelmesen meg tudja különböztetni a valóban hatékony alacsony jeleket (4 mA) az érzékelő leválasztási vonalhibáitól (0 mA).
Erős anti-interferencia: A feszültségjelekhez képest az áramjelek nem érzékenyek a vezetékellenállás változásaira és a nagy távolságú átvitel során bekövetkező feszültségesésre, és kevésbé valószínű, hogy elektromágneses zaj zavarja őket.
Két-vezetékes tápegység: Sok adó két-vezetékes kialakítást alkalmaz, azaz egyszerre biztosít áramot és továbbítja az áramjeleket két vezetéken keresztül. A 4mA minimális érték biztosítja a távadó saját minimális üzemi áramszükségletét (általános nevén "aktív nullapont").
Jelátvitel
Az átalakított szabványos jelet (például 4-20 mA) vezetékeken keresztül továbbítják a távoli véghez. Szabványosított jellemzőinek köszönhetően a vezérlőtermek vagy a PLCS és egyéb berendezések közvetlenül tudják fogadni és feldolgozni ezt a jelet:
Jelenítse meg a hőmérséklet értékét (a panel asztalán, DCS/SCADA kezelőállomáson).
Bemenet a vezérlőhöz (például PID-szabályozóhoz) logikai műveletekhez és szabályozáshoz.
Az előzményadatbázisban tárolva, vagy riasztási döntésre használják.
Hajtsa meg az aktuátort (ha hőmérséklet{0}}alapú szabályozás szükséges).
