การแยกเย็นของเทอร์โมคัปเปิล: เหตุใดจึงสำคัญ และวิธีการทำงานของ CJC

หากคุณเคยเปรียบเทียบเทอร์โมคัปเปิลสองตัวบนท่อเดียวกันแล้วเห็นว่าไม่ตรงกันสักสองสามองศา ปลายเซ็นเซอร์ก็อาจไม่ใช่ปัญหา บ่อยครั้ง คำตอบจะอยู่ที่ปลายอีกด้านของลูป ในแผงขั้วต่อที่สายเทอร์โมคัปเปิลมาบรรจบกับอุปกรณ์ จุดเชื่อมต่อนั้นคือจุดเชื่อมต่อความเย็น และเมื่อคุณเข้าใจว่ามันทำอะไร การวัดเทอร์โมคัปเปิลจะหยุดรู้สึกเหมือนการคาดเดา

บทความนี้จะอธิบายเกี่ยวกับความหมายของจุดเชื่อมต่อความเย็น เหตุใดเทอร์โมคัปเปิลจึงไม่สามารถรายงานอุณหภูมิสัมบูรณ์ได้หากไม่มีอุณหภูมิสัมบูรณ์ วิธีการทำงานของการชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็นในเครื่องมือสมัยใหม่ และลักษณะนิสัยใดที่ทำให้จุดเชื่อมต่ออ้างอิงไม่ทำให้ข้อมูลของคุณเสียหายอย่างเงียบๆ

เทอร์โมคัปเปิลสร้างแรงดันไฟฟ้าได้อย่างไร

เทอร์โมคัปเปิลคือลวดสองเส้นที่ทำด้วยโลหะที่แตกต่างกันซึ่งเชื่อมต่อกันที่ปลายด้านหนึ่ง ข้อต่อนั้น ข้อต่อการวัดหรือทางแยกร้อน คือสิ่งที่คุณวางไว้ในกระบวนการ เมื่อโลหะทั้งสองเห็นความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างปลายที่ต่อกันและปลายที่เป็นอิสระ เอฟเฟกต์ Seebeck จะสร้างแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย โดยทั่วไปจะมีสิบไมโครโวลต์ต่อองศาเซลเซียส

รายละเอียดที่ดึงดูดความสนใจของผู้คนคือ: แรงดันไฟฟ้านั้นไม่สอดคล้องกับอุณหภูมิหัวต่อการวัดเพียงอย่างเดียว ซึ่งสอดคล้องกับความแตกต่างระหว่างทางแยกการวัดและจุดที่สายไฟสิ้นสุดลง เทอร์โมคัปเปิลประเภท K ผลิตพลังงานประมาณ 41 ไมโครโวลต์ต่อองศาเซลเซียส ดังนั้นการเปลี่ยนแปลง 5 °C ที่ขั้วต่อจะแสดงเป็นการเปลี่ยนแปลง 5 °C ในการอ่าน แม้ว่ากระบวนการจะไม่เคยเคลื่อนไหวก็ตาม

Cold Junction คืออะไรกันแน่?

จุดต่อเย็นหรือที่เรียกว่าจุดเชื่อมต่ออ้างอิง ถูกสร้างขึ้นโดยที่เทอร์โมคัปเปิลหรือสายต่อพ่วงเชื่อมต่อกับเครื่องมืออ่าน: แผงขั้วต่อเครื่องส่งสัญญาณ อินพุตตัวควบคุม เครื่องบันทึกข้อมูล หรือเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ

มีสองสิ่งที่มักเข้าใจผิดเกี่ยวกับเรื่องนี้:

• มันไม่ใช่แค่อุณหภูมิห้องเท่านั้น ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่แท้จริงของเทอร์มินอลเหล่านั้นในขณะนั้น ภายใต้กระแสลม ความร้อนของตู้ และการโหลดสายเคเบิล
• ไม่ใช่จุดที่สะดวกจุดเดียวเสมอไป การเชื่อมต่อระดับกลางทุกครั้งด้วยสายที่ไม่ถูกต้องจะสร้างจุดเชื่อมต่อเพิ่มเติม และแต่ละการเชื่อมต่อจะมีแรงดันไฟฟ้าในตัวเอง

หากสกรูทองแดงหรือรางแผงวงจรสัมผัสกับสายเทอร์โมคัปเปิล จุดสัมผัสเหล่านั้นจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของวงจรเทอร์โมอิเล็กทริก การรักษาอุณหภูมิคงที่ของบริเวณขั้วต่อ ซึ่งหมายถึงการเชื่อมต่อทั้งหมดจะมีอุณหภูมิเท่ากัน ถือเป็นพื้นฐานทางกายภาพของการออกแบบหัวต่อเย็นที่ดี

จากอ่างน้ำแข็งไปจนถึงการชดเชยทางอิเล็กทรอนิกส์

ตลอดศตวรรษที่ผ่านมา จุดเชื่อมต่ออ้างอิงถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 0 °C ในขวดน้ำแข็งที่กำลังละลาย แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรงกับตารางที่เผยแพร่ซึ่งสร้างจากข้อมูลอ้างอิงนั้น มีความแม่นยำ และยังคงเป็นแนวคิดเบื้องหลังโต๊ะเทอร์โมคัปเปิลมาตรฐานที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน แต่แทบจะนำไปใช้จริงกับหน่วยปิโตรเคมีหรือข้างเตาบำบัดความร้อนได้

เครื่องมือสมัยใหม่ช่วยแก้ปัญหาด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ แทนที่จะบังคับให้จุดต่อความเย็นอยู่ที่ 0 °C พวกเขาวัดอุณหภูมิจริงและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์โมคัปเปิลจะผลิตได้หากค่าอ้างอิงอยู่ที่ 0 °C ปริมาณที่เพิ่มนั้นคือแรงดันไฟฟ้าชดเชยจุดเชื่อมต่อเย็น

การชดเชยความเย็นทำงานอย่างไร

ภายในตัวส่งสัญญาณ ตัวควบคุม หรือการ์ดเก็บข้อมูล กระบวนการแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน

1. วัดอุณหภูมิที่ขั้วต่อ เซ็นเซอร์ RTD เทอร์มิสเตอร์ หรือซิลิคอนขนาดเล็กตั้งอยู่ข้างแผงขั้วต่อ ใกล้กับจุดเชื่อมต่อจริงตามรูปแบบที่อนุญาต
2. แปลงอุณหภูมินั้นให้เป็นเทอร์โมคัปเปิล EMF ที่เทียบเท่ากัน เมื่อใช้ตารางมาตรฐานสำหรับประเภทเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้งานอยู่ เครื่องมือจะคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่จะปรากฏขึ้นหากหัวต่อการวัดอยู่ที่อุณหภูมิขั้วต่อนั้น ขณะที่ค่าอ้างอิงอยู่ที่ 0 °C
3. เพิ่มและทำให้เป็นเส้นตรง แรงดันไฟฟ้าชดเชยจะถูกเพิ่มเข้าไปในสัญญาณที่วัดได้ และผลรวมจะถูกแปลงผ่านพหุนามหรือตารางค้นหาให้เป็นค่าอุณหภูมิสุดท้าย

เนื่องจากการแก้ไขจะขึ้นอยู่กับประเภทของเทอร์โมคัปเปิล การชดเชยจะมีผลเฉพาะเมื่ออินพุตเครื่องมือ เซนเซอร์ และสายไฟต่อตรงกันเท่านั้น เซ็นเซอร์ประเภท K ที่ป้อนเครื่องส่งสัญญาณที่กำหนดค่าไว้สำหรับประเภท J จะให้ค่าชดเชยที่เป็นระบบ ซึ่งจะไม่มีการลบการสอบเทียบใหม่จำนวนหนึ่งออกไป การชดเชยด้วยซอฟต์แวร์ในระบบเก็บข้อมูลเป็นไปตามตรรกะเดียวกัน แต่เซ็นเซอร์อ้างอิงมักจะอยู่ห่างจากเทอร์มินัล และระยะห่างนั้นทำให้สูญเสียความแม่นยำได้ง่ายที่สุด

ข้อผิดพลาดทั่วไปของ Cold Junction

ปัญหาจุดเชื่อมต่อความเย็นส่วนใหญ่ที่เราได้ยินมานั้นตกอยู่ในรูปแบบไม่กี่รูปแบบ ตารางด้านล่างสรุปสิ่งที่มักจะผิดพลาดและสิ่งที่มีแนวโน้มที่จะแก้ไข

สายต่อและชดเชย สมควรได้รับการกล่าวถึงเป็นพิเศษ เพราะมันเป็นส่วนหนึ่งของวงที่มักถูกแทนที่ด้วยของที่อยู่ในห้องเก็บของ สายทองแดงสามารถส่งสัญญาณ 4-20 mA ได้ แต่ไม่สามารถส่งสัญญาณเทอร์โมคัปเปิลได้หากไม่ได้สร้างจุดเชื่อมต่อใหม่ที่ปลายแต่ละด้าน ลวดชดเชยทำจากโลหะผสมที่เข้ากันกับประเภทเทอร์โมคัปเปิล และพิกัดอุณหภูมิจะต้องครอบคลุมจุดที่ร้อนที่สุดที่ลวดผ่าน รวมถึงส่วนใดๆ ที่วิ่งผ่านภาชนะร้อนหรือปลอกเตาหลอม

ลวดชดเชยเทอร์โมคัปเปิลถักสแตนเลสอุณหภูมิสูงใยแก้ว สำหรับลูปเทอร์โมคัปเปิล สายชดเชยแบบถักสแตนเลสหุ้มฉนวนไฟเบอร์กลาสนี้มีช่วงอุณหภูมิ -50 ถึง 1600°C และรองรับคำขอใบเสนอราคาหรือ PDF ดูผลิตภัณฑ์ →

ฮาร์ดแวร์ที่จัดการ Cold Junction สำหรับคุณ

ในกรณีที่จุดเชื่อมต่อความเย็นมีประสิทธิภาพนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่คุณตัดสินใจแปลงสัญญาณเป็นดิจิทัล การเตรียมการสามแบบครอบคลุมการติดตั้งทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่:

• เดินสายโดยตรงกับตัวควบคุมหรือการ์ดอินพุต โดยมีเซ็นเซอร์อ้างอิงอยู่ภายในเครื่องมือ
• เครื่องส่งสัญญาณแบบติดตั้งบนศีรษะหรือภาคสนามที่เซ็นเซอร์ ทำการชดเชยภายในเครื่อง และส่งสัญญาณ 4-20 mA หรือสัญญาณดิจิทัลไปยังห้องควบคุม
• เครื่องส่งสัญญาณแบบติดตั้งบนรางในตู้ สำหรับเซ็นเซอร์ที่เข้าถึงได้ยาก

การย้ายเครื่องส่งสัญญาณออกไปที่เซ็นเซอร์มักเป็นการปรับปรุงครั้งใหญ่ที่สุดเพียงอย่างเดียว เทอร์โมคัปเปิลและสายไฟต่อขยายจะสั้นลง จุดเชื่อมต่อระหว่างกลางจะหายไป และสัญญาณจะเคลื่อนที่ไปในระยะทางส่วนใหญ่ในลักษณะลูปกระแสที่แข็งแกร่ง แทนที่จะเป็น EMF ระดับไมโครโวลต์ เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิแบบรวมของเราสร้างขึ้นเพื่อการจัดเรียงนี้โดยเฉพาะ โดยมีจุดเชื่อมต่ออ้างอิงอยู่ภายในตัวเครื่อง แทนที่จะอยู่ที่ปลายสุดของสายเคเบิลยาว

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิในตัวพร้อมเอาต์พุต SBWR/SBWZ สองสาย 4-20 mA โมดูล SBWR/SBWZ ติดตั้งในกล่องเชื่อมต่อเทอร์โมคัปเปิลหรือ RTD ช่วยลดการเดินสายเซ็นเซอร์และเอาต์พุตเชิงเส้น 4-20 mA สำหรับการวัดและการควบคุม ดูผลิตภัณฑ์ →

หากคุณกำลังชั่งน้ำหนักแบบอะนาล็อกเทียบกับเครื่องส่งสัญญาณอัจฉริยะ โปรดอ่านคำแนะนำของเรา เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิทำงานอย่างไร ครอบคลุมคลาสความแม่นยำ การดริฟท์ และเกณฑ์การคัดเลือกโดยละเอียดยิ่งขึ้น

นิสัยที่เป็นประโยชน์สำหรับทางแยกเย็นที่เชื่อถือได้

ระหว่างการติดตั้ง

• เก็บการเชื่อมต่อทุกจุดของเทอร์โมคัปเปิลหนึ่งตัวไว้ภายในโซนอุณหภูมิคงที่เดียว แทนที่จะแยกออกเป็นสองช่วงตึก
• อย่าติดตั้งแผงขั้วต่อหรือเครื่องส่งสัญญาณเหนือคอนแทคเตอร์ ไดรฟ์ หรือแหล่งจ่ายไฟโดยตรง
• ใช้ลวดเกรดเทอร์โมคัปเปิล ตามพิกัดอุณหภูมิ และตรวจสอบขั้วก่อนขันให้แน่น
• ป้องกันขั้วต่อไม่ให้มีการไหลเวียนของอากาศโดยตรงและแสงแดด โดยเฉพาะในตัวเครื่องภายนอก

ในการให้บริการ

• ตรวจสอบลูปกับข้อมูลอ้างอิงที่ทราบ เช่น เครื่องสอบเทียบดรายบล็อคหรืออินพุตมิลลิโวลต์จำลอง
• ตรวจสอบขั้วต่อเพื่อหาออกซิเดชันและปรับแรงบิดใหม่หลังจากรอบการระบายความร้อนครั้งแรกของการติดตั้งใหม่
• บันทึกอุณหภูมิของตู้ควบคู่ไปกับการอ่านค่ากระบวนการ การเบี่ยงเบนตามฤดูกาลในกระบวนการที่มั่นคงมักจะชี้ไปที่สิ่งล้อมรอบ ไม่ใช่เซ็นเซอร์

ในด้านการควบคุม ตัวควบคุมที่มีการจัดการจุดอ้างอิงเสียงจะควบคุมงานนี้ให้พ้นจากมือของผู้ปฏิบัติงาน ตัวควบคุมอุณหภูมิ PID แบบดิจิทัลขนาดกะทัดรัดของเรายอมรับอินพุตเทอร์โมคัปเปิลโดยตรงและจัดการจุดต่อเย็นภายใน ซึ่งช่วยให้ไถล ตู้อบ และเตาอบขนาดเล็กสร้างง่ายและบำรุงรักษาตรงไปตรงมา

เครื่องควบคุมอุณหภูมิ Digital PID ขนาดกะทัดรัด xmtg1001 พร้อมระบบแยกจุดเย็นภายใน สำหรับเครื่องไถล ตู้ฟัก หรือเตาอบขนาดเล็ก ตัวควบคุมขนาด 48×48 มม. นี้ยอมรับอินพุตเทอร์โมคัปเปิลและจัดการจุดเชื่อมต่ออ้างอิงภายในด้วยเอาต์พุตรีเลย์ ดูผลิตภัณฑ์ →

ถือว่า Loop เป็นระบบเดียว

ลักษณะการทำงานของจุดเชื่อมต่อเย็นเป็นส่วนหนึ่งของลูปการวัด และส่วนที่เหลือของลูปสมควรได้รับความสนใจเช่นเดียวกัน ประเภทเซนเซอร์ วัสดุเปลือก ท่อป้องกัน วิธีการติดตั้ง และเส้นทางสายเคเบิลทั้งหมดทำงานร่วมกัน และเครื่องส่งสัญญาณที่ได้รับการชดเชยอย่างสมบูรณ์แบบไม่สามารถช่วยเหลือเทอร์โมคัปเปิลที่ติดตั้งในที่ที่มันไม่สามารถอยู่รอดได้ ในโรงงานปิโตรเคมี เทอร์โมคัปเปิลที่กันน้ำและทนต่อการสึกหรอที่จับคู่กับลวดชดเชยที่ได้รับการจัดอันดับอย่างถูกต้องมักจะมีความสำคัญมากกว่าความแตกต่างเล็กน้อยในความถูกต้องของแค็ตตาล็อก ในกระบวนการที่อุณหภูมิสูง เซ็นเซอร์แพลตตินัม-โรเดียมและทังสเตน-รีเนียมช่วยให้หัวต่อการวัดมีความน่าเชื่อถือในกรณีที่โลหะพื้นฐานจะอยู่ได้ไม่นาน คุณจะเห็นว่าการผสมผสานเหล่านี้มารวมกันได้อย่างไร หน้าแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม .

ทั้งหมดนี้ไม่จำเป็นต้องซับซ้อน ยอมรับว่าเทอร์โมคัปเปิลรายงานความแตกต่างมากกว่าค่าสัมบูรณ์ ให้จุดเชื่อมต่ออ้างอิงมีความเสถียรและมีอุณหภูมิคงที่ ใช้สายไฟที่ตรงกับเซ็นเซอร์ และปล่อยให้เครื่องส่งหรือตัวควบคุมที่ระบุอย่างดีจัดการเลขคณิต ทำสี่สิ่งเหล่านั้นแล้ว Cold Junction จะหยุดเป็นแหล่งข้อผิดพลาดที่ซ่อนอยู่และกลายเป็นสิ่งที่ควรเป็น: ส่วนที่เงียบและเข้าใจง่ายของวงจรการวัด