Termoelement vs. RTD: valg af temperaturføler til test

Temperatur er den mest almindelige måling på en testbænk, og den første beslutning er følertypen. Termoelement vs. RTD er et valg mellem måleområde og robusthed på den ene side og nøjagtighed og stabilitet på den anden. Denne artikel sammenligner de to følertyper, forklarer de tilslutningsdetaljer, der ligger bag de fleste målefejl, og angiver de ICP DAS-moduler, der kan læse hver type.

Sådan virker de to følere

Et termoelement er en samling af to forskellige metaller. Det giver en lille spænding, der afhænger af temperaturforskellen mellem målepunktet og det sted, hvor termoelementets ledere møder kobber, det kolde loddested. Et type K-termoelement giver ca. 41 µV pr. °C, så indgangen skal kunne opløse mikrovolt og undertrykke støj.

En RTD (modstandstermometer) er en modstand, hvis værdi stiger med temperaturen. En Pt100 har 100 Ω ved 0 °C og ændrer sig med ca. 0,385 Ω pr. °C; en Pt1000 har 1000 Ω ved 0 °C. Indgangsmodulet sender en lille strøm gennem føleren og måler spændingen over den.

Termoelement vs. RTD i overblik

Vælg en RTD, når du har brug for nøjagtighed og stabilitet mellem ca. −200 og +600 °C. Vælg et termoelement til højere temperaturer, små eller hurtige følere og barske mekaniske forhold.

Kompensering af koldt loddested

Et termoelement måler en forskel. For at få den absolutte temperatur måler modulet temperaturen ved sine egne klemmer og lægger den tilsvarende termoelementspænding til. Denne kompensering af koldt loddested (CJC) er kun så god som temperaturoverensstemmelsen mellem klemmerne og CJC-føleren, så montér modulerne væk fra varmekilder og træk. Før termoelementkabel eller tilsvarende kompensationskabel helt frem til indgangsklemmerne; et stykke kobber undervejs skaber nye loddesteder ved en ukendt temperatur.

Blandt ICP DAS' indgange kompenserer ET-2218HS-16 og USB-4018HS automatisk på hver kanal. M-7018-16-G og signalomformeren SG-3011 har en justerbar CJC-offset til finkalibrering. Til kortene PCI-1800U har klemkortet DB-8225 et koldt loddested-kredsløb på analog indgangskanal 1.

Ledningsmodstand: 2-, 3- og 4-leder RTD-tilslutning

Ved 2-leder tilslutning lægges ledningsmodstanden direkte til følerens modstand.

Regneeksempel: en Pt100 på 10 m kobberkabel på 0,5 mm² ser ca. 0,34 Ω pr. leder, eller 0,69 Ω i sløjfen. Divideret med 0,385 Ω/°C viser målingen ca. 1,8 °C for meget. Samme kabel med en Pt1000 giver en fejl på ca. 0,18 °C, fordi føleren ændrer sig ti gange så meget pr. grad.

En 3-leder tilslutning bruger en tredje leder til at måle og fratrække ledningsmodstanden, under forudsætning af at alle ledere er ens, og er det almindelige valg til testbænkens ledningsføring. En 4-leder tilslutning fører eksitationsstrømmen i det ene par og måler spændingen på det andet, hvilket fjerner ledningsmodstanden fra resultatet; brug den til kalibrering og referencemålinger.

M-7015P-G, ET-2215H, ET-7015 og ET-7215 har eliminering af ledningsmodstand for 3-leder tilslutning. M-7033-G accepterer 2-, 3- og 4-leder RTD'er med eliminering af ledningsmodstand ved 3- og 4-leder tilslutning.

Responstid og samplingrate

Følerens responstid afhænger primært af konstruktionen og den termiske kontakt med testobjektet. Tynde, blottede termoelementmålepunkter reagerer hurtigst; en føler med kappe af begge typer reagerer langsommere, jo større diameteren er.

Indgangsmodulet skal også sample hurtigt nok. Standardmoduler med flere kanaler deler samplingraten mellem kanalerne: M-7018-G sampler 10 Hz i alt over 8 kanaler og M-7015-G 12 Hz over 6, hvilket passer til langsomme termiske tests. Til hurtige transienter sampler ET-2218HS-16 og USB-4018HS termoelementer med 100 Hz pr. kanal, og ET-2215H sampler RTD'er med 90 Hz pr. kanal i hurtig tilstand, med ±0,1 % af FSR nøjagtighed mod ±0,05 % i normal tilstand ved 1,5 Hz. Termoelement-signalomformeren SG-3011H har en responstid på 0,5 ms eller 100 ms, der vælges med en kontakt.

Hvilke ICP DAS-moduler passer

Termoelementindgange

• M-7018-G (8 kanaler) og M-7018-16-G (16 kanaler): moduler til RS-485 med Modbus RTU og DCON, differentielle indgange til type J, K, T, E, R, S, B, N og C samt spændings- og strømområder. M-7018R-G har desuden 240 Vrms overspændingsbeskyttelse og detektering af afbrudt termoelement.
• M-7019R-G: universel 8-kanals indgang til termoelementer (inkl. type L, M og L DIN43710), spænding og strøm, med individuelt område pr. kanal.
• ET-2218HS-16: 16-kanals Ethernet-modul med standard termoelementstik, 100 Hz pr. kanal og automatisk CJC.
• USB-4018HS og USB-4018HS-16: 8 eller 16 kanaler på USB, strømforsynet via bussen, ±0,5 °C nøjagtighed og 100 Hz pr. kanal.

RTD-indgange

• M-7015-G: 6-kanals modul med RS-485 til Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 og Cu1000 med detektering af ledningsbrud; M-7015P-G har desuden eliminering af ledningsmodstand for 3-leder. M-7033-G har 3 kanaler til 2-, 3- eller 4-leder RTD'er.
• ET-2215H og ET-2215H-16: 8 eller 16 hurtige RTD-kanaler på Ethernet, 90 Hz pr. kanal.
• ET-7015 og ET-7215: 7-kanals Ethernet RTD-moduler beregnet til lange RTD-kabelføringer.

Signalomformere

Til DAQ-kort eller PLC'er med spændings- eller strømindgange omformer SG-3011 (termoelement) og SG-3013 (RTD) én føler til et spændings- eller strømudgangssignal med 1000 VDC tre-vejs isolation.

Send dine følertyper, temperaturområder, antal kanaler og krævet samplingrate til vores tekniske salgsteam, så foreslår vi egnede moduler.