Temperatuuriandur on elektrooniline instrument, mida kasutatakse laialdaselt tööstusprotsesside juhtimise valdkonnas. Selle põhifunktsioon on teisendada temperatuuriandurite (nt termopaarid, termotakistid RTDS või termistorid) tuvastatud nõrgad signaalid standardseteks tööstusprotsesside signaalideks (kõige tavalisemad on 4-20 mA alalisvoolu signaalid või digitaalsed signaalid) ja seejärel edastada see signaal juhtruumis või mõne kaugusel asuvatele näidikuseadmetele, kontrolleritele, andmehõivesüsteemidele või täiturseadmetele.
Temperatuurianduri tööpõhimõtte võib kokku võtta järgmistes põhietappides:
Temperatuuri tajumine ja toorsignaali genereerimine:
Temperatuuriandur (tavaliselt termopaar või termotakisti, näiteks Pt100) puutub mõõdetava keskkonnaga otse kokku, et tajuda selle temperatuurimuutusi.
Termopaar (T/C) : Seebecki efekti põhjal, kui kahe erineva metalli vahel on mõõteotsas (kuum ots) ja võrdlusotsas (külm ots) temperatuuride erinevus, tekib ahelas temperatuuride erinevusega võrdeline termoelektriline potentsiaal (millivolt{0}}taseme pingesignaal, mV).
Soojustakistus (RTD) : näiteks Pt100, mis põhineb füüsikalisel omadusel, et metalljuhi takistuse väärtus suureneb temperatuuri tõustes (positiivne temperatuuritegur). Temperatuurimuutused põhjustavad selle takistuse väärtuse muutumise (näiteks 0 kraadi juures on see 100Ω).
Termistorid: Lähtuvalt tunnusest, et pooljuhtmaterjalide takistuse väärtus muutub oluliselt temperatuuri tõustes, liigitatakse need negatiivse temperatuuriteguri (NTC) ja positiivse temperatuuriteguri (PTC) tüüpideks.
Signaali konditsioneerimine (põhisamm):
Võimendamine: anduri poolt genereeritud algne signaal (MV-taseme pinge või takistuse muutused) on äärmiselt nõrk. Saatja sees olev elektrooniline ahel võimendab seda kõigepealt lineaarselt standardtasemeni, mis sobib järgnevaks töötlemiseks.
Külma otsa kompenseerimine (termopaaride jaoks): termopaari tekitatud termoelektriline potentsiaal on kuuma ja külma otsa (võrdlusots, mis asub tavaliselt saatja siseklemmis) temperatuuride erinevuse funktsioon. Täpse mõõdetud temperatuuri (suhteliselt 0 kraadi) saamiseks peab saatja mõõtma tegelikku temperatuuri oma klemmis (külma lõpptemperatuur), arvutama selle temperatuuri alusel kompenseeritava termoelektrilise potentsiaali ja rakendama selle (või samaväärse protsessiga) algse signaaliga, kõrvaldades sellega külma lõpptemperatuuri muutusest põhjustatud vea.
Lineariseerimine: termoelektrilise potentsiaali/takistuse{0}}temperatuuri suhe termopaaride ja termotakistite vahel ei ole täiuslik sirgjoon, kuid sellel on teatav mittelineaarsus. Tavaliselt salvestab saatja sees sensoritüübile vastava lineariseerimiskõvera (või arvutab selle valemi abil). Võimendatud/kompenseeritud signaal lineariseeritakse, et esitada mõõdetud temperatuuri väärtust otseselt ja lineaarselt.
Madal-filtreerimine: see eemaldab signaalis esineda võiva kõrgsagedusmüra (nagu elektromagnetilised häired, vibratsioonihäired jne), et parandada signaali stabiilsust ja täpsust.
Signaali muundamine
Teisendage konditsioneeritud (võimendatud, kompenseeritud, lineariseeritud, filtreeritud) ja mõõdetud temperatuuri täpselt esindav analoogsignaal (pinge) tööstuslikuks standardseks väljundsignaaliks.
Kõige sagedamini kasutatav väljundsignaal on 4-20 mA voolusignaal: teisendatud voolusignaal voolab läbi ahela. Nulltemperatuur ehk vahemiku alumine piir vastab tavaliselt 4mA-le ja täisskaala temperatuur 20mA-le. Miks 4-20mA?
4 mA nulli nihe: see suudab mugavalt eristada tõeliselt tõhusaid madalaid signaale (4 mA) anduri lahtiühendamisliini riketest (0 mA).
Tugev häirevastane{0}}: võrreldes pingesignaalidega ei ole voolusignaalid tundlikud juhtmetakistuse muutuste ja pingelanguse suhtes pika-kauguse edastamise ajal ning elektromagnetiline müra häirib neid vähem.
Kahe-juhtmega toiteallikas: paljud saatjad kasutavad kahe-juhtmega konstruktsiooni, st annavad toite ja edastavad voolusignaale samaaegselt kahe juhtme kaudu. Minimaalne väärtus 4mA tagab saatja enda minimaalse töövoolu nõude (tavaliselt nimetatakse "aktiivseks nullpunktiks").
Signaali edastamine
Teisendatud standardsignaal (näiteks 4-20 mA) edastatakse juhtmete kaudu kaugemasse otsa. Tänu oma standardsetele omadustele saavad juhtimisruumid või PLCS ja muud seadmed seda signaali otse vastu võtta ja töödelda:
Kuvage temperatuuri väärtus (paneeli laual, DCS/SCADA operaatorijaam).
Sisend kontrollerisse (näiteks PID-kontrollerisse) loogiliste toimingute ja reguleerimise jaoks.
Salvestatakse ajaloolises andmebaasis või kasutatakse häire otsustamiseks.
Käivitage täiturmehhanismi (kui temperatuuri{0}}põhine juhtimine on vajalik).
