czujniki PT100 wprowadzenie_rezystancyjne.pdf
(
208 KB
)
Pobierz
Microsoft Word - Czujniki Rezystancyjne-Nowe.doc
Czujniki Rezystancyjne
Czujniki rezystancyjne są to
przyrządy reagujące na zmianę
temperatury zmianą rezystancji
wbudowanego w nie rezystora.
wartości stałych w tych równaniach
są następujące:
Tolerancje błędów
Dopuszczalne tolerancje błędów dla
platynowych czujników
rezystancyjnych zostały dokładnie
opisane w normie PN-EN
60751:1997+A2. Norma ta
rozróżnia dwie klasy dokładności: A
i B.
Poniżej zostały podane wzory na
obliczanie dopuszczalnej odchyłki.
A = 3,9083 x 10
-3
o
C
-1
B = -5,775 x 10
-7
o
C
-2
C = -4,183 x 10
-12
o
C
-4
Zasada działania czujników
rezystancyjnych polega na
wykorzystaniu zjawiska zmiany
rezystancji
metali
wraz
z
Wg PN-EN 60751 przy
temperaturze 0
o
C nominalna
wartość
rezystancji
wynosi
temperaturą.
Ze wzrostem temperatury wzrasta
amplituda drgań jąder atomów oraz
prawdopodobieństwo zderzeń
elektronów swobodnych i jonów, co
ze względu na hamowanie ruchu
elektronów
100.000Ω.
Dostępne są również czujniki
rezystancyjne o nominalnych
wartościach 500Ω (Pt500) oraz
1000Ω (Pt1000) przy temperaturze
0
o
C. Charakteryzują się one
znacznie większą dokładnością
(większa rozdzielczość rezystancji
w stosunku do temperatury).
Klasa A: t =
±
(0.15 + 0.002 x |t|)
Klasa B: t =
±
(0.30 + 0.005 x |t|)
t = temperatura w
o
C
powoduje
wzrost
Tolerancja klasy A dotyczy
temperatur rzędu –200 do +600
o
C.
Tolerancja klasy B dotyczy
temperatur rzędu –200 do +850
o
C.
rezystancji.
Platynowe termorezystory
Platynowe termorezystory są
szeroko wykorzystywane w
przemyśle ze względu na wysoką
temperaturę topnienia, stałość
własności fizycznych, ciągłość
zależności rezystancji od
temperatury bez wystąpienia
histerezy.
Równania określające zależność
między temperaturą a rezystancją
są następujące:
- w zakresie od –200
o
C do 0
o
C
400
5
4,5
350
4
300
3,5
250
3
200
2,5
150
2
Klasa B
1,5
100
1
R
t
= R
0
[1+At+Bt
2
+C (t-100
o
C)t
3
]
- w zakresie od 0
o
C do +850
o
C
50
0,5
Klasa A
0
0
R
t
= R
0
(1+At+Bt
2
)
-200 0 200 400 600 800
Temperatura (st.C)
Temperatura (st.C)
Dla platyny o jakości zwykle
stosowanej w przemysłowych
czujnikach
rezystancyjnych
Rys. 1. Charakterystyka Pt100
Rys. 2. Tolerancje
Tolerancja
Temperatura
[
o
C ]
Klasa A
Klasa B
1
(
±
o
C )
(
±
Ω
)
(
±
o
C )
(
±
Ω
)
-200
0,55
0,24
1,3
0,56
-100
0,35
0,14
0,8
0,32
0
0,15
0,06
0,3
0,12
100
0,35
0,13
0,8
0,30
200
0,55
0,20
1,3
0,48
2
300
0,75
0,27
1,8
0,64
400
0,95
0,33
2,3
0,79
500
1,15
0,38
2,8
0,93
600
1,35
0,43
3,3
1,06
650
1,45
0,46
3,6
1,13
700
-
-
3,8
1,17
800
-
-
4,3
1,28
850
-
-
4,6
1,34
Tabela 1. Tolerancje dla czujników rezystancyjnych platynowych
Czujniki rezystancyjne z głowicą
przyłączeniową
Wykonania czujników z głowicami
przyłączeniowymi stanowią
konstrukcję modułową co oznacza,
że składają się z elementów, które
można dobierać w zależności od
potrzeb.
Czujniki te zbudowane są z wkładu
pomiarowego, rury ochronnej,
głowicy przyłączeniowej oraz kostki
ceramicznej
Głowice z podwyższoną pokrywką
(typ DANW) przeznaczone są do
montażu
przetwornika
pomiarowego.
Układy pomiarowe
Najczęściej stosowanymi w
praktyce układami czujnika
rezystancyjnego są układy
dwuprzewodowe, jednak przy
dłuższych połączeniach pomiędzy
czujnikiem a miernikiem powodują
błędy pomiarowe. Błędy te można
wyeliminować stosując układy
trójprzewodowe.
Głowicowe czujniki rezystancyjne
mają w głowicy trzy zaciski
podłączeniowe.
3
zamontowanej
wewnątrz głowicy.
Wkład pomiarowy
składa się z
kostki ceramicznej oraz rurki
ochronnej o średnicy od 3 mm do 8
mm, wykonanej najczęściej z
materiału 1H18N9T (1.4541), w
której znajduje się termorezystor.
Wkład pomiarowy stanowi element
wymienny kompletnego czujnika, co
umożliwia znaczne zredukowanie
kosztów modernizacji aparatury
pomiarowej na obiekcie.
Sprężynujące mocowanie kostki
ceramicznej zapewnia idealny
docisk wkładu pomiarowego do dna
zewnętrznej rury ochronnej, krótki
czas reakcji, kompensację w
przypadku różnic wymiarów oraz
zmniejszenie drgań własnych przez
obustronne ustalenie w rurze
ochronnej.
Dostępne są wykonania pojedyncze
(1xPt100)
4
oraz
podwójne
(2xPt100).
Wszystkie wymiary dotyczące
wkładów
pomiarowych
są
wykonane zgodnie z DIN 43 762.
Głowice przyłączeniowe
Istnieje wiele wykonań głowic
przyłączeniowych czujnika, różnią
się one formą (A, B wg DIN 43
729), materiałem (aluminium,
żeliwo, plastik) oraz wymiarami.
Średnice otworów na rury ochronne
są następujące:
Forma A: 22, 24, 32 mm, M24x1.5
Forma B: 15 mm, gwint M20x1.5
lub M24x1.5
5 6
Legenda do rysunku:
1)
– Przetwornik pomiarowy
2)
– Głowica przyłączeniowa
3)
– Wkład pomiarowy
4)
– Element dystansowy
5)
– Rura ochronna
6)
– Osłona ciśnieniowa
Rys. 3. Schemat modułowy
czujników głowicowych
Wykonania przewodowych
czujników rezystancyjnych
Czujniki przewodowe używane są
do pomiaru temperatury części
maszyn, elementów konstrukcyj-
nych w przemyśle maszynowym,
obrabiarkowym, w energetyce oraz
w procesach przetwórstwa tworzyw
sztucznych i gumy.
Oprócz nieograniczonej ilości
specjalnych wykonań przewodo-
wych czujników rezystancyjnych,
istnieją standardowe wersje, które
zostały przedstawione w tym
katalogu.
Przewodowy czujnik rezystancyjny
stanowią: przewód połączeniowy
bezpośrednio połączony z
rezystorem oraz rurka ochronna, w
której znajduje się termorezystor.
Wewnętrzna przestrzeń pomiędzy
rezystorem a ścianką rurki
ochronnej wypełniona jest
specjalną masą silikonową, która
zapewnia bardzo dobry transfer
ciepła oraz wysoką odporność na
wibracje. Maksymalna temperatura
pracy krótkiego czujnika
ograniczana jest poprzez rodzaj
materiału
Przewód
przyłączeniowy
Czujniki rezystancyjne do
pomiaru temperatury otoczenia
zbudowane są z estetycznej,
plastykowej obudowy o stopniu
ochrony IP 65 oraz końcówki
pomiarowej (rurki ochronnej), w
której znajduje się rezystor
platynowy.
Istnieje możliwość montażu
przetwornika pomiarowego
wewnątrz obudowy plastikowej.
Podłączenie przewodu
przyłączeniowego odbywa się
poprzez dławik PG9.
Temperatura pracy czujników
wynosi od –30
o
C do +85
o
C.
Uchwyt
wspawany
Rurka
ochronna
izolacji
przewodu
Rezystor
przyłączeniowego.
Materiał
t
max
/
o
C
Rys. 4. Budowa czujnika
rezystancyjnego przewodowego
PVC
80
Silikon
180
Czujniki rezystancyjne do
pomiaru temperatury powierz-
chni
płaskich i owalnych
charakteryzują się łatwością
instalacji oraz małą masą.
Czujniki do powierzchni owalnych
składają się z opaski zaciskowej,
której średnicę można dowolnie
regulować i dopasowywać do
średnicy, np. rurociągu.
Teflon PTFE
260
Podstawowe właściwości techni-
czne dla większości czujników:
-
średnica: 2-12 mm
-
materiał rurki ochronnej: stal
nierdzewna, kwasoodporna,
mosiądz lub inny
-
połączenie: 2, 3, 4-przew.
-
uchwyt: zaciskowy,
gwintowany zaciskowy lub
wspawany.
Rys. 6. Czujnik rezystancyjny do
pomiaru temperatury otoczenia
Rys. 5. Czujniki rezystancyjne do
pomiaru temperatury powierzchni
Połączenie czujników
rezystancyjnych
W czujniku rezystancyjnym
rezystancja elektryczna zmienia się
z temperaturą. W celu określenia
sygnału wyjściowego prąd o stałej
wartości przepuszczany jest przez
rezystor oraz mierzony jest spadek
napięcia. Dla tego spadku napięcia
prawo Ohma stwierdza:
połączenie
2-przewodowe
Jeśli rezystancja wejściowa
elektroniki jest wielokrotnie większa
niż rezystancja doprowadzeń, ta
ostatnia może być pominięta.
Spadek napięcia określany tą drogą
jest niezależny od właściwości
przewodów łączących.
W przypadku układu 3-
przewodowego jak i 4-
przewodowego należy pamiętać, że
obwód nie zawsze jest takim
właśnie aż do samego elementu
czujnikowego. Połączenie między
czujnikiem i głowicą zacisków w
oprawie, tzw. połączenie
wewnętrzne, często jest
wykonywane jako układ 2-
przewodowy. Daje to w efekcie
podobne problemy jak te,
dyskutowane dla układu 2-
przewodowego, jakkolwiek w
znacznie mniejszym stopniu.
Łączna rezystancja, składająca się
z sumy połączenia wewnętrznego i
czujnika, jest definiowana przez
DIN 16160 jako
oporność
rezystora
.
połączenie
3-przewodowe
V = R x I
Prąd pomiarowy powinien być tak
mały jak to możliwe w celu
uniknięcia nagrzewania się
rezystora. Można przyjąć, że prąd
pomiarowy o wartości 1 mA nie
wnosi istotnych błędów. Prąd ten
daje spadek napięcia 0,1 V w Pt100
przy 0ºC. Ten sygnał, przy
minimalnych zmianach, musi być
teraz przekazany do punktu
wskazującego lub analizującego
przewodami łączącymi.
Do tego celu stosowane są trzy
różne typy układu połączeń.
połączenie
4-przewodowe
V = ścieżka napięciowa
I = ścieżka prądowa
Rys. 7. Schemat połączeń czujników
rezystancyjnych
Układ 3-przewodowy
Wpływy rezystancji doprowadzeń
oraz ich fluktuacji wraz z
temperaturą są redukowane do
minimum w układzie 3-
przewodowym. W takim układzie
dodatkowa końcówka jest
doprowadzana do kontaktu z
czujnikiem rezystancyjnym. Daje to
efekt w postaci dwóch obwodów
pomiarowych, z których jeden jest
używany jako odniesienie.
Układ 3-przewodowy umożliwia
kompensację zarówno wartości, jak
i zależności temperaturowej
rezystancji doprowadzeń. Ale
wymaga się, by wszystkie trzy żyły
miały identyczne właściwości i były
w tej samej temperaturze. W
większości przypadków jest to
spełnione z wystarczającym
stopniem dokładności, tak więc
układ 3-przewodowy jest obecnie
jednym z najczęściej stosowanych.
Nie jest wymagana kompensacja
doprowadzeń.
Układ 2-przewodowy
Łączenie czujnika z elektroniką
przetwarzającą odbywa się za
pomocą kabla 2-przewodowego.
Tak jak każdy inny przewodnik
elektryczny kabel ten ma
rezystancję elektryczną połączoną
szeregowo z czujnikiem
temperatury. Tak więc dodawane
są dwie rezystancje, zaś wynikiem
jest systematycznie wyższe
wskazanie temperatury. Na
większych odległościach
rezystancja doprowadzeń może
wnosić wiele omów i wytwarzać
istotne przesunięcie wartości
pomiarowej. W celu uniknięcia tego
błędu,
jest
kompensowana elektrycznie.
Przyrząd jest przewidziany do tego,
by zawsze dawać rezystancję
doprowadzeń, przykładowo, 10
Ω
.
Gdy przyłączony jest czujnik
rezystancyjny, rezystancja
kompensująca jest łączona z
jednym z przewodów pomiarowych,
zaś czujnik jest zastępowany
początkowo rezystorem 100,00
Ω
.
Następnie zmienia się rezystancję
kompensującą aż do momentu, gdy
na przyrządzie pojawia się odczyt
0ºC.
Ze względu na to, że układ 2-
przewodowy wymaga relatywnie
dużego nakładu pracy oraz fakt, że
nie uwzględnia się temperatury
kabla pomiarowego, stosowanie
takiego układu staje się co raz
rzadsze.
Układ 4-przewodowy
Optymalną formą połączenia dla
czujników rezystancyjnych jest
układ 4-przewodowy. Wynik
pomiaru nie zależy ani od
rezystancji doprowadzeń, ani od ich
zmian temperaturowych. Nie
wymaga się kompensacji
doprowadzeń. Rezystor dostaje
prąd pomiarowy I poprzez zaciski
zasilania. Spadek napięcia V na
rezystorze jest pobierany przez
końcówki pomiarowe.
rezystancja
CHARAKTERYSTYKA TERMOMETRYCZNA REZYSTORÓW Pt100 wg PN-EN 60751+A2
Temperatura
[
o
C ]
Rezystancja
[
Ω
]
Temperatura
[
o
C ]
Rezystancja
[
Ω
]
Temperatura
[
o
C ]
Rezystancja
[
Ω
]
Temperatura
[
o
C ]
Rezystancja
[
Ω
]
-200
18,52
80
130,90
360
233,21
640
326,48
-190
22,83
90
134,71
370
236,70
650
329,64
-180
27,10
100
138,51
380
240,18
660
332,79
-170
31,34
110
142,29
390
243,64
670
335,93
-160
35,54
120
146,07
400
247,09
680
339,06
-150
39,72
130
149,83
410
250,53
690
342,18
-140
43,88
140
153,58
420
253,96
700
345,28
-130
48,00
150
157,33
430
257,38
710
348,38
-120
52,11
160
161,05
440
260,78
720
351,46
-110
56,19
170
164,77
450
264,18
730
354,53
-100
60,26
180
168,48
460
267,56
740
357,59
-90
64,30
190
172,17
470
270,93
750
360,64
-80
68,33
200
175,86
480
274,29
760
363,67
-70
72,33
210
179,53
490
277,64
770
366,70
-60
76,33
220
183,19
500
280,98
780
369,71
-50
80,31
230
186,84
510
284,30
790
372,71
-40
84,27
240
190,47
520
287,62
800
375,70
-30
88,22
250
194,10
530
290,92
810
378,68
-20
92,16
260
197,71
540
294,21
820
381,65
-10
96,09
270
201,31
550
297,49
830
384,60
0
100,00
280
204,90
560
300,75
840
387,55
10
103,90
290
208,48
570
304,01
850
390,48
20
107,79
300
212,05
580
307,25
-
-
30
111,67
310
215,61
590
310,49
-
-
40
115,54
320
219,15
600
313,71
-
-
50
119,40
330
222,68
610
316,92
-
-
60
123,24
340
226,21
620
320,12
-
-
70
127,08
350
229,72
630
323,30
-
-
Pt500 = 5xPt100
Pt1000 = 10xPt100
UKŁADY POMIAROWE
Legenda do rysunku:
Cz = Czerwony
B = Biały
Z = Zielony
C = Czarny
Plik z chomika:
szaferr
Inne pliki z tego folderu:
Programowanie streowników PLC oraz wizualizacja procesu sterowania.pdf
(611 KB)
lmc-ssc2m16-03_1963.pdf
(320 KB)
abb.pdf
(203 KB)
Adapter abb acs140.pdf
(793 KB)
EN_ACS140_UM_C.pdf
(815 KB)
Inne foldery tego chomika:
▍Kategoria A ▍
Angielski z Deanem Mouscherem
AUTOCAD
AutoCAD 2014 64 bit
AutoMapa 6.15 (1402) Europa
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin