Temperatursenderen er et elektronisk instrument som er mye brukt innen industriell prosesskontroll. Dens kjernefunksjon er å konvertere de svake signalene som oppdages av temperatursensorer (som termoelementer, termiske motstander RTDS eller termistorer) til standard industrielle prosesssignaler (det vanligste er 4-20mA DC-strømsignaler eller digitale signaler), og deretter overføre dette signalet til å vise instrumenter, kontrollere, datainnsamlingssystemer eller aktuatorer plassert i kontrollrommet på avstand.
Arbeidsprinsippet til en temperaturtransmitter kan oppsummeres i følgende nøkkeltrinn:
Temperaturoppfatning og råsignalgenerering:
En temperatursensor (vanligvis et termoelement eller termisk motstand som Pt100) kommer i direkte kontakt med mediet som måles for å registrere temperaturendringer.
Termoelement (T/C) : Basert på Seebeck-effekten, når det er en temperaturforskjell mellom to forskjellige metaller i måleenden (varm ende) og referanseenden (kald ende), vil det genereres et termoelektrisk potensial (millivolt-nivåspenningssignal, mV) proporsjonalt med temperaturforskjellen i kretsen.
Termisk motstand (RTD): slik som Pt100, basert på den fysiske egenskapen at motstandsverdien til metalllederen øker med stigende temperatur (positiv temperaturkoeffisient). Temperaturendringer fører til at motstandsverdien endres (for eksempel er den 100Ω ved 0 grader).
Termistorer: Basert på egenskapen at motstandsverdien til halvledermaterialer endres betydelig med temperaturen, klassifiseres de i negativ temperaturkoeffisient (NTC) og positiv temperaturkoeffisient (PTC).
Signalbehandling (nøkkeltrinn):
Forsterkning: Det opprinnelige signalet som genereres av sensoren (MV-spennings- eller motstandsendringer) er ekstremt svakt. Den elektroniske kretsen inne i senderen forsterker den først lineært til et standardnivå som er egnet for etterfølgende behandling.
Kaldendekompensasjon (for termoelementer): Det termoelektriske potensialet generert av et termoelement er en funksjon av temperaturforskjellen mellom den varme enden og den kalde enden (referanseenden, vanligvis plassert ved den interne terminalen til senderen). For å oppnå en nøyaktig målt temperatur (i forhold til 0 grader), må senderen måle den faktiske temperaturen ved sin terminal (kaldendetemperatur), beregne det termoelektriske potensialet som må kompenseres basert på denne temperaturen, og overlappe (eller tilsvarende prosess) det på det originale signalet, og dermed eliminere feilen forårsaket av endringen i den kalde endetemperaturen.
Linearisering: Det termoelektriske potensialet/motstanden-temperaturforholdet mellom termoelementer og termiske motstander er ikke en perfekt rett linje, men har en viss grad av ikke-linearitet. Senderen lagrer vanligvis lineariseringskurven som tilsvarer sensortypen inne (eller beregner den ved hjelp av en formel). Det forsterkede/kompenserte signalet er linearisert for direkte og lineært å representere den målte temperaturverdien.
Lav-passfiltrering: Den fjerner høy-støy som kan være tilstede i signalet (som elektromagnetisk interferens, vibrasjonsinterferens osv.) for å forbedre stabiliteten og nøyaktigheten til signalet.
Signalkonvertering
Konverter det analoge signalet (spenningen) som har blitt kondisjonert (forsterket, kompensert, linearisert, filtrert) og nøyaktig representerer den målte temperaturen til et industristandard utgangssignal.
Det mest brukte utgangssignalet er 4-20mA strømsignal: det konverterte strømsignalet flyter gjennom sløyfen. Nulltemperatur eller nedre grense for området tilsvarer vanligvis 4mA, og fullskalatemperaturen tilsvarer 20mA. Hvorfor 4-20mA?
4mA null offset: Den kan enkelt skille virkelig effektive lave signaler (4mA) fra sensorfrakoblingslinjefeil (0mA).
Sterk anti-interferens: Sammenlignet med spenningssignaler er strømsignaler ikke følsomme for endringer i ledningsmotstand og spenningsfall under lang-overføring og er mindre sannsynlig at de blir forstyrret av elektromagnetisk støy.
To-strømforsyning: Mange sendere har en to-trådsdesign, det vil si at de gir strøm og overfører strømsignaler samtidig gjennom to ledninger. Minimumsverdien på 4mA sikrer senderens eget minimumskrav til driftsstrøm (ofte referert til som "aktivt nullpunkt").
Signaloverføring
Det konverterte standardsignalet (som 4-20mA) overføres til den eksterne enden gjennom ledninger. På grunn av sine standardiserte egenskaper kan kontrollrom eller PLCS og annet utstyr motta og behandle dette signalet direkte for:
Vis temperaturverdien (på paneltabellen, DCS/SCADA operatørstasjon).
Inngang til kontrolleren (som en PID-kontroller) for logiske operasjoner og regulering.
Lagret i den historiske databasen eller brukt til alarmvurdering.
Kjør aktuatoren (hvis temperatur-basert kontroll er nødvendig).
