R分度號(hào)鉑銠熱電偶和RTD低溫紅酒PT100元件進(jìn)行溫度測量時(shí)需與外部環(huán)境隔離從而改善過程性能

溫度測量是許多應(yīng)用的關(guān)鍵，但標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度設(shè)備（RTD）和熱電偶傳感器都具有固有地導(dǎo)致不準(zhǔn)確的特性。溫度傳感器的物理和電氣隔離是一個(gè)潛在的主要誤差源。隨著時(shí)間的推移，隔離值受到一系列問題的影響，包括熱，輻射，污染，振動(dòng)，物理或化學(xué)影響以及電磁頻率。正在開發(fā)新技術(shù)，立即警告工廠操作員可能進(jìn)行無效測量，提高過程效率和盈利能力，減少產(chǎn)品浪費(fèi)，并完全控制測量鏈。一個(gè)例子是上海自動(dòng)化儀表三廠開發(fā)的嵌入式診斷功能，傳感器隔離基礎(chǔ)知識(shí)熱電偶和RTD傳感器嵌入傳感器護(hù)套中，通常作為工業(yè)溫度組件的組成部分。圖1顯示了這種工業(yè)溫度組件的標(biāo)準(zhǔn)組件。

    熱電偶和RTD元件非常靈敏，必須與導(dǎo)致測量誤差的多種外部過程環(huán)境影響隔離開來。例子包括振動(dòng)，污染，腐蝕，傳感器護(hù)套受損，輻射，電磁干擾，甚至濕度。通過構(gòu)造絕緣測量護(hù)套（也稱為傳感器護(hù)套）來實(shí)現(xiàn)必要的傳感器隔離。這些最常由316L不銹鋼金屬管制成，其內(nèi)部連接引線，該引線端接到護(hù)套一端的傳感器元件。氧化鎂（MgO）或氧化鋁（Al 2O 3）粉末作為RTD或熱電偶傳感器和引線的絕緣體填充到護(hù)套中。護(hù)套端蓋焊接封閉，并且在護(hù)套的相對端使用氣密密封，其中以終止于發(fā)射器或陶瓷接線引線暴露盒。這有效地將傳感器元件與外界隔離。圖2顯示了典型的測量護(hù)套設(shè)計(jì)。

    如何發(fā)生隔離錯(cuò)誤R分度號(hào)鉑銠熱電偶傳感器和RTD中的隔離錯(cuò)誤可能以不同的方式發(fā)生。R分度號(hào)鉑銠熱電偶傳感器的電磁場對低隔離值不是特別敏感，但低隔離值會(huì)在低隔離度的近似位置產(chǎn)生新的測量點(diǎn)。如果這發(fā)生在熱電偶的真實(shí)測量（熱結(jié)）位置附近，則誤差可以忽略不計(jì)。但如果低隔離點(diǎn)位于傳感器護(hù)套的其他位置，則可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤。圖3顯示了R分度號(hào)鉑銠熱電偶連接到溫度變送器時(shí)可能發(fā)生的R分度號(hào)鉑銠熱電偶隔離錯(cuò)誤。如上圖所示，如果低隔離度R ISO位于溫度T2與測量點(diǎn)T1溫度不同的位置，則存在測量誤差。測得的溫度值介于T1和T2之間。R分度號(hào)鉑銠熱電偶傳感器中的低隔離也會(huì)導(dǎo)致傳感器斷線警報(bào)失敗（參見下圖），因?yàn)樵试S監(jiān)控電流通過R ISO。

    絕緣電阻差是RTD傳感器測量誤差和故障的最大原因。例如，圖4是Pt100傳感器的布線圖，該傳感器采用雙線配置。（Pt100對低隔離電阻特別敏感。）

    Err1顯示了傳感器引線之間的隔離電阻。測量電流通過低溫紅酒測量Pt100元件，而電流Err1的一部分通常通過隔離電阻R ISO1。當(dāng)電阻隔離值降低時(shí)，較大部分的電流可以通過隔離電阻。結(jié)果，由發(fā)射器測量的組合電壓顯著降低。這意味著測量輸出將低于低溫紅酒測量Pt100傳感器的實(shí)際溫度。無論變送器中是否存在電流隔離，都會(huì)發(fā)生這種情況。在某些情況下，烘烤RTD組件將增加絕緣電阻并恢復(fù)RTD傳感器元件。下一頁圖5顯示了RTD中的接地回路，當(dāng)發(fā)送器在輸入和輸出之間沒有電流隔離時(shí)。接地R ISO2和傳感器之間的低隔離電阻可以承載大量的電源電流Err2。在這種情況下測得的溫度值太低。

    使用具有電流隔離的變送器可以糾正這種類型的隔離錯(cuò)誤，如圖6所示。

    新技術(shù)監(jiān)控隔離現(xiàn)在可以使用新技術(shù)監(jiān)測傳感器和傳感器引線的隔離電阻。一種方法是使用基于微處理器的發(fā)射器，該發(fā)射器可以處理幾個(gè)額外的測量并控制超過純電壓（熱電偶）或歐姆值（RTD）信號(hào)。特殊構(gòu)造的傳感器護(hù)套在絕緣體內(nèi)配備單獨(dú)的導(dǎo)體，并且獨(dú)立于傳感器環(huán)路。如果隔離度低于預(yù)定義的用戶設(shè)定值，則由發(fā)射器產(chǎn)生的隔離特定輸出信號(hào)將故障到預(yù)編程值，該值將指示可能的傳感器故障即將來臨。該技術(shù)適用于熱電偶和RTD。此診斷功能可以最早檢測受損溫度傳感器和/或由3線低溫紅酒測量Pt100 RTD和熱電偶中的低隔離誤差引起的測量值。通過該技術(shù)，操作員可以監(jiān)控從傳感器端子到變送器端子的傳感器和導(dǎo)體，從而完全控制從測量點(diǎn)到變送器的測量鏈。在溫度對過程至關(guān)重要的情況下，這項(xiàng)新技術(shù)尤其重要，在這種情況下，診斷功能可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)和維修計(jì)劃，而不是采用被動(dòng)方法。它允許工廠操作員知道測量溫度值無效的瞬間，因此他們可以計(jì)劃或調(diào)整過程。它可以節(jié)省數(shù)天甚至數(shù)周的錯(cuò)誤測量，從而通過減少浪費(fèi)或不合標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的費(fèi)用來提高流程效率和盈利能力。最后，它為過程工廠的維護(hù)，修理和大修（MRO）過程提供了額外的緩沖步驟。通過消除緊急替換，可以使用主動(dòng)的，有計(jì)劃的方法。下一頁圖7顯示了一個(gè)低溫紅酒測量Pt100傳感器，該傳感器在3線RTD中配備了這種集成隔離監(jiān)控功能。（獨(dú)立測量導(dǎo)線標(biāo)記為COND ISO）。用戶定義的低隔離限制可以設(shè)置在50千歐（kΩ）和500kΩ之間。還必須考慮由于低隔離值RISO導(dǎo)致的額外錯(cuò)誤。

    表1顯示了在測量溫度為+ 750°F時(shí)，在各種引線電阻值下可能出現(xiàn)的測量誤差。

    圖8顯示了使用SmartSense技術(shù)在R分度號(hào)鉑銠熱電偶中集成隔離監(jiān)控的圖形描述，其中用戶定義的低隔離限制可以設(shè)置在20kΩ和200kΩ之間。

    表2顯示了在測量溫度為+ 1,832°F且環(huán)境溫度為+ 77°F的情況下，在各種引線電阻值下可能出現(xiàn)的測量誤差。這些類型的錯(cuò)誤可能產(chǎn)生可能顯著影響最終產(chǎn)品的控制響應(yīng)。

    低隔離低溫紅酒鉑電阻元件會(huì)在所有品牌和類型的溫度傳感器中產(chǎn)生錯(cuò)誤的測量結(jié)果。通過在測量護(hù)套內(nèi)使用獨(dú)立于傳感器回路的單獨(dú)導(dǎo)體，操作員可以監(jiān)控傳感器的隔離電阻并進(jìn)行調(diào)整以改善過程性能。此外，這允許操作員通過主動(dòng)維護(hù)而不是被動(dòng)過程中斷來優(yōu)化其整體操作。