Temperaturni oddajnik je elektronski instrument, ki se pogosto uporablja na področju nadzora industrijskih procesov. Njegova glavna funkcija je pretvorba šibkih signalov, ki jih zaznajo temperaturni senzorji (kot so termoelementi, toplotni upori RTDS ali termistorji), v standardne industrijske procesne signale (najpogostejši so signali enosmernega toka 4–20 mA ali digitalni signali) in nato prenos tega signala na prikazovalne instrumente, krmilnike, sisteme za pridobivanje podatkov ali aktuatorje, ki se nahajajo v kontrolni sobi ali na daljavo.
Načelo delovanja temperaturnega oddajnika je mogoče povzeti v naslednje ključne korake:
Zaznavanje temperature in generiranje neobdelanega signala:
Senzor temperature (običajno termočlen ali toplotni upor, kot je Pt100) pride v neposreden stik z medijem, ki se meri, da zazna spremembe njegove temperature.
Termočlen (T/C): Na podlagi Seebeckovega učinka, ko obstaja temperaturna razlika med dvema različnima kovinama na merilnem koncu (vroč konec) in referenčnem koncu (hladni konec), se v vezju ustvari termoelektrični potencial (milivolt-napetostni signal, mV), ki je sorazmeren temperaturni razliki.
Toplotna upornost (RTD): kot je Pt100, ki temelji na fizikalni lastnosti, da vrednost upora kovinskega prevodnika narašča z naraščajočo temperaturo (pozitiven temperaturni koeficient). Temperaturne spremembe povzročijo spremembo vrednosti upora (na primer, je 100Ω pri 0 stopinjah).
Termistorji: Glede na značilnost, da se vrednost upora polprevodniških materialov znatno spreminja s temperaturo, so razvrščeni v tipe z negativnim temperaturnim koeficientom (NTC) in pozitivnim temperaturnim koeficientom (PTC).
Kondicioniranje signala (ključni korak):
Ojačanje: prvotni signal, ki ga ustvari senzor (MV-napetost ali spremembe upora), je izjemno šibek. Elektronsko vezje znotraj oddajnika ga najprej linearno ojača na standardno raven, primerno za kasnejšo obdelavo.
Kompenzacija hladnega konca (za termočlene): Termoelektrični potencial, ki ga ustvari termočlen, je funkcija temperaturne razlike med vročim in hladnim koncem (referenčni konec, običajno nameščen na notranjem priključku oddajnika). Za pridobitev natančne izmerjene temperature (glede na 0 stopinj) mora oddajnik izmeriti dejansko temperaturo na svojem terminalu (temperatura hladnega konca), izračunati termoelektrični potencial, ki ga je treba kompenzirati na podlagi te temperature, in ga prekriti (ali enakovredno obdelati) na izvirnem signalu, s čimer se odpravi napaka, ki jo povzroči sprememba temperature hladnega konca.
Linearizacija: razmerje termoelektrični potencial/upor-temperatura med termočleni in toplotnimi upori ni popolna ravna črta, ampak ima določeno stopnjo nelinearnosti. Oddajnik ponavadi shrani linearizacijsko krivuljo, ki ustreza tipu senzorja (ali jo izračuna s formulo). Ojačani/kompenzirani signal je lineariziran za neposredno in linearno predstavljanje izmerjene vrednosti temperature.
Nizko-filtriranje: Odstrani visoko{1}}frekvenčni šum, ki je lahko prisoten v signalu (kot so elektromagnetne motnje, motnje vibracij itd.), da izboljša stabilnost in natančnost signala.
Pretvorba signala
Pretvorite analogni signal (napetost), ki je bil kondicioniran (ojačan, kompenziran, lineariziran, filtriran) in natančno predstavlja izmerjeno temperaturo, v industrijski standardni izhodni signal.
Najpogosteje uporabljen izhodni signal je tokovni signal 4-20mA: pretvorjeni tokovni signal teče skozi zanko. Ničelna temperatura ali spodnja meja območja običajno ustreza 4 mA, temperatura polnega obsega pa 20 mA. Zakaj 4-20mA?
4 mA ničelni odmik: lahko priročno loči resnično učinkovite nizke signale (4 mA) od napak na liniji za odklop senzorja (0 mA).
Močna zaščita pred{0}}motnjami: V primerjavi z napetostnimi signali tokovni signali niso občutljivi na spremembe upora žice in padce napetosti med-prenosom na velike razdalje in je manj verjetno, da jih bo motil elektromagnetni šum.
Dvo{0}}žično napajanje: veliko oddajnikov ima dvo-žično zasnovo, kar pomeni, da zagotavljajo napajanje in prenašajo tokovne signale hkrati po dveh žicah. Najmanjša vrednost 4 mA zagotavlja lastno minimalno delovno tokovno zahtevo oddajnika (običajno imenovana "aktivna ničelna točka").
Prenos signala
Pretvorjeni standardni signal (kot je 4-20 mA) se prek žic prenese na oddaljeni konec. Zaradi svojih standardiziranih značilnosti lahko kontrolne sobe ali PLCS in druga oprema neposredno sprejmejo in obdelajo ta signal za:
Prikaz vrednosti temperature (na panelni mizi, upravljavski postaji DCS/SCADA).
Vnos v krmilnik (kot je PID regulator) za logične operacije in regulacijo.
Shranjeno v zgodovinski bazi podatkov ali uporabljeno za presojo alarma.
Poganjajte aktuator (če je potreben nadzor-na podlagi temperature).
