Epätarkat termoparin lämpötilalukemat? Se kaikki johtuu kylmän risteyksen lämpötilan vaihteluista!

Päivittäisessä teollisessa tuotannossa termopareja, jotka ovat veteraaneja lämpötilan mittauksessa, käytetään laajalti erilaisissa korkeissa{0}}lämpötiloissa. Monet insinöörit kohtaavat kuitenkin päänsärkyä: epätarkkoja mittaustuloksia. Perimmäinen syy 90 %:ssa tapauksista on "kylmän liitoksen lämpötilan kompensaatiossa".

I. Miksi kylmäliitoksen kompensointi on tarpeen?

Lämpöparin lämpötilan mittaus perustuu "lämpösähköiseen vaikutukseen": kun kaksi eri metallia muodostavat piirin, mitä suurempi lämpötilaero kahden pään välillä on, sitä vahvempi on generoitu lämpösähköinen potentiaali (mV-signaali). Siinä on kuitenkin piilotettu lähtökohta: termoelementin kalibrointitaulukko on asetettu kylmän liitoslämpötilaan t₀=0 astetta!

Jos kylmän liitoslämpötila (yleensä kytkentärasiassa) poikkeaa 0 astetta, lämpösähköinen potentiaali aiheuttaa virheen. Esimerkiksi tyypin K termoparilla mittausvirhe kasvaa noin 2,5 astetta jokaista 10 astetta kylmäliitoksen lämpötilan nousua kohden. Olettaen, että kylmän risteyksen todellinen lämpötila on 30 astetta, mutta järjestelmän oletusasetuksena on t₀=0 astetta, kun kohdetta mitataan 100 asteessa, näytetty arvo voi olla vain 70 astetta, virhe jopa 30 astetta!

Eräässä kemiantehtaassa tapahtui kerran kylmäliitoksen kompensointivika, jossa DCS näytti 800 astetta, kun taas pyrolyysiuunin todellinen lämpötila oli saavuttanut 950 astetta, mikä aiheutti uunin putket ylikuumenemisen ja muodonmuutoksen, mikä johti vakaviin häviöihin.

II. Yleiset kylmäliitoksen kompensointimenetelmät

Kylmien liitosten lämpötilanvaihteluiden ongelman ratkaisemiseksi käytetään yleisesti seuraavia menetelmiä:

1. Tasauslankamenetelmä (yleisimmin käytetty)

Kompensointilankamenetelmän ydin on käyttää halpoja metallilankoja, joilla on samat lämpösähköiset ominaisuudet kuin termoparien kanssa kylmäliitoksen laajentamiseksi korkean-lämpötilavyöhykkeestä-lämpötilavakaaseen valvomoon (esim. 25 astetta ±5 astetta).

Varotoimet: Tasauslangan on vastattava termoparin tyyppiä (esim. K--tyyppinen lämpöpari KX-kompensointilangalla) ja kiinnitettävä huomiota "positiivisesta positiiviseen, negatiivisesta negatiiviseen". Eräs voimalaitos koki kerran turbiinin lämpötilavirheen, joka ylitti 100 astetta käänteisten kompensointijohtoliitäntöjen vuoksi. Tasauslangan pituus ei yleensä saa ylittää 15 metriä; Muussa tapauksessa lämpötilalähetin kannattaa harkita.

2. Siltakorvausmenetelmä

Kun kylmäliitoksen lämpötila vaihtelee merkittävästi (esim. ulkoasennuksissa), kompensointijohdot eivät välttämättä riitä. Siltakompensointimenetelmä käyttää epäsymmetristä siltaa jännitteen tuottamiseen, mikä kompensoi kylmäliitoksen lämpötilavaihteluiden vaikutuksia.

Tärkeitä huomautuksia: Kompensointisillan tasapainopisteen on oltava 0 astetta ja virtalähteen on oltava vakaa (vaihtelu pienempi tai yhtä suuri kuin 0,1 %); muuten tulee uusia virheitä. Terästehtaalla havaittiin yli 15 asteen lämpötilamittausvirhe sähkönsyötön vaihteluiden vuoksi. On suositeltavaa kalibroida vähintään kerran vuodessa.

3. Jääkylpymenetelmä (yleisesti käytetty laboratorioissa)

Termoparin kylmäliitos asetetaan jää-vesiseokseen, jotta varmistetaan tasainen 0 asteen lämpötila. Tämä menetelmä tarjoaa suuren tarkkuuden, mutta on kallis ja hankala ylläpitää, soveltuu ensisijaisesti tarkkuusmittauksiin laboratorioissa.

4. Laskutoimituksen korjausmenetelmä

Todellinen kylmäliitoksen lämpötila TH mitataan ja korjaus lasketaan kaavalla EAB(T,0)=EAB(T,TH) + EAB(TH,0). Tämä menetelmä sopii automatisoituihin järjestelmiin tai tietokonepohjaiseen lämpötilan{5}}mittaukseen.

5. Ohjelmiston kompensointimenetelmä

Nykyaikaisissa lämpötilanmittausjärjestelmissä anturit, kuten termistorit, valvovat kylmäliitoksen lämpötilaa ja signaali syötetään tietokoneeseen automaattista korjausta varten ohjelmistoalgoritmien avulla. Tämä menetelmä on joustava ja tarkka, ja se sopii erityisen hyvin usean pisteen lämpötilan mittaukseen.

III. Kuinka valita luotettavin ja taloudellisin kompensointimenetelmä?

Kylmäliitoksen kompensointimenetelmän valinta edellyttää ympäristön lämpötilan vaihteluiden, tarkkuusvaatimusten ja kustannusten perusteellista harkintaa:

Sisäympäristöihin, joissa lämpötilan vaihtelut ovat pienet (kuten vakiolämpötilan työpajat): Tasauslankamenetelmä yhdistettynä instrumentin sisäiseen automaattiseen kompensointi- tai laskentakorjausmenetelmään on suhteellisen taloudellinen ja luotettava valinta. Se voi tuoda kylmän risteyksen vakaaseen ympäristöön suhteellisen alhaisilla kustannuksilla ja yksinkertaisella toteutuksella.

Ulkotiloihin tai teollisuuskohteisiin, joissa lämpötilan vaihtelut ovat suuret: Tasauslankamenetelmä yhdistettynä siltakompensointimenetelmään tai ohjelmistokompensointimenetelmään on luotettavampi. Siltakompensointi voi reagoida dynaamisesti lämpötilan muutoksiin, kun taas ohjelmistokompensaatiolla on suuri tarkkuus ja se pystyy käsittelemään monimutkaisia ​​tilanteita. Vaikka jälkimmäisellä voi olla hieman suurempi alkuinvestointi, sillä voidaan tehokkaasti välttää mittausvirheiden aiheuttamat suuremmat häviöt.

Laboratorioihin tai sovelluksiin, jotka vaativat suurta tarkkuutta: Jäähaudemenetelmällä on suurin tarkkuus, mutta myös korkeimmat kustannukset. Valinnan tulee perustua budjetti- ja tarkkuusvaatimuksiin.

IV. Käytännön tarkistuslista

Ennen lämpötilan mittauksen käyttöönottoa on suositeltavaa tarkistaa nopeasti seuraavat asiat:

Onko tasauslangan malli täysin yhteensopiva termoparin kanssa?

Onko kytkentärasia kaukana lämmönlähteistä (suurempi tai yhtä suuri kuin 50 cm)? Onko lämpöeristys?

Jos käytät kompensoitua siltaa, milloin oli viimeisin kalibrointi?

Vaihteleeko kylmäliitoksen lämpötila käyttöympäristössä enemmän kuin 5 astetta/h? (Jos näin on, harkitse vakaampaa kompensointijärjestelmää tai lämpötilan säätötoimenpiteitä.)

Onko mittausjärjestelmän DCS/näyttölaitteen kylmäliitoslämpötilan oletusasetus 0 astetta? (Asetus vaatii vahvistuksen.)