Temperatursändaren är ett elektroniskt instrument som ofta används inom området industriell processkontroll. Dess kärnfunktion är att omvandla de svaga signalerna som detekteras av temperatursensorer (som termoelement, termiska motstånd RTDS eller termistorer) till industriella processsignaler av standardtyp (den vanligaste är 4-20mA DC-strömsignaler eller digitala signaler), och sedan överföra denna signal till displayinstrument, styrenheter, datainsamlingssystem eller ställdon på avstånd i kontrollrummet.
Arbetsprincipen för en temperatursändare kan sammanfattas i följande nyckelsteg:
Temperaturuppfattning och råsignalgenerering:
En temperatursensor (vanligtvis ett termoelement eller termiskt motstånd som Pt100) kommer i direkt kontakt med mediet som mäts för att känna av dess temperaturförändringar.
Termoelement (T/C) : Baserat på Seebeck-effekten, när det finns en temperaturskillnad mellan två olika metaller i mätänden (varma änden) och referensänden (kalla änden), kommer en termoelektrisk potential (millivolt-nivåspänningssignal, mV) som är proportionell mot temperaturskillnaden att genereras i kretsen.
Termiskt motstånd (RTD): såsom Pt100, baserat på den fysiska egenskapen att metallledarens resistansvärde ökar med stigande temperatur (positiv temperaturkoefficient). Temperaturförändringar gör att dess resistansvärde ändras (till exempel är det 100Ω vid 0 grader).
Termistorer: Baserat på egenskapen att resistansvärdet för halvledarmaterial ändras avsevärt med temperaturen, klassificeras de i negativ temperaturkoefficient (NTC) och positiv temperaturkoefficient (PTC).
Signalkonditionering (nyckelsteg):
Förstärkning: Den ursprungliga signalen som genereras av sensorn (MV-nivåspänning eller resistansförändringar) är extremt svag. Den elektroniska kretsen inuti sändaren förstärker den först linjärt till en standardnivå som är lämplig för efterföljande bearbetning.
Cold end-kompensation (för termoelement) : Den termoelektriska potentialen som genereras av ett termoelement är en funktion av temperaturskillnaden mellan den varma änden och den kalla änden (referensänden, vanligtvis placerad vid sändarens inre terminal). För att erhålla en noggrann uppmätt temperatur (relativt till 0 grader) måste sändaren mäta den faktiska temperaturen vid sin terminal (kalltemperatur), beräkna den termoelektriska potentialen som måste kompenseras baserat på denna temperatur, och överlagra (eller motsvarande process) den på den ursprungliga signalen, och därmed eliminera felet som orsakas av förändringen i den kalla sluttemperaturen.
Linjärisering: Det termoelektriska potential/resistans-temperaturförhållandet mellan termoelement och termiska motstånd är inte en perfekt rak linje utan har en viss grad av olinjäritet. Sändaren lagrar vanligtvis linjäriseringskurvan som motsvarar sensortypen inuti (eller beräknar den med hjälp av en formel). Den förstärkta/kompenserade signalen linjäriseras för att direkt och linjärt representera det uppmätta temperaturvärdet.
Låg-passfiltrering: Den tar bort-högfrekvent brus som kan finnas i signalen (som elektromagnetisk störning, vibrationsstörning, etc.) för att förbättra stabiliteten och noggrannheten hos signalen.
Signalomvandling
Konvertera den analoga signalen (spänningen) som har konditionerats (förstärkt, kompenserad, linjäriserad, filtrerad) och exakt representerar den uppmätta temperaturen till en industriell standardutsignal.
Den vanligaste utsignalen är 4-20mA-strömsignalen: den konverterade strömsignalen flödar genom slingan. Nolltemperatur eller intervallets nedre gräns motsvarar vanligtvis 4mA, och fullskaletemperaturen motsvarar 20mA. Varför 4-20mA?
4mA nollförskjutning: Den kan bekvämt särskilja verkligt effektiva låga signaler (4mA) från sensorfrånkopplingslinjefel (0mA).
Stark anti-störning: Jämfört med spänningssignaler är strömsignaler inte känsliga för förändringar i trådmotstånd och spänningsfall under långa-överföringar och är mindre benägna att störas av elektromagnetiskt brus.
Två-strömförsörjning: Många sändare använder en två-trådsdesign, det vill säga de ger ström och överför strömsignaler samtidigt genom två ledningar. Minimivärdet på 4mA säkerställer sändarens eget minimikrav för driftström (vanligen kallad "aktiv nollpunkt").
Signalöverföring
Den konverterade standardsignalen (som 4-20mA) överförs till den avlägsna änden genom ledningar. På grund av dess standardiserade egenskaper kan kontrollrum eller PLCS och annan utrustning direkt ta emot och bearbeta denna signal för:
Visa temperaturvärdet (på panelbordet, DCS/SCADA operatörsstation).
Ingång till regulatorn (som en PID-regulator) för logiska operationer och reglering.
Lagras i den historiska databasen eller används för larmbedömning.
Kör ställdonet (om temperatur-baserad kontroll krävs).
