เครื่องส่งอุณหภูมิ: วิธีการทำงานเพียงอย่างเดียวนั้นเลือกใช้

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิคืออะไรและทำงานอย่างไร?

A เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ ทำงานโดยรับเอาต์พุตทางไฟฟ้าจากองค์ประกอบตรวจจับอุณหภูมิ ประมวลผลผ่านการปรับสภาพสัญญาณภายในและวงจรลิเนียร์ไลเซชัน และสร้างเอาต์พุตมาตรฐานตามสัดส่วนของอุณหภูมิที่วัดได้ สถาปัตยกรรมภายในของเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิดิจิทัลสมัยใหม่ประกอบด้วยขั้นตอนการทำงานสี่ขั้นตอนที่ร่วมกันแปลงสัญญาณเซ็นเซอร์แบบไม่เชิงเส้นที่ไม่เป็นเชิงเส้นให้เป็นเอาต์พุตต้านทานสัญญาณรบกวนที่แม่นยำ เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณทางไกลและการประมวลผลโดยตรงโดยระบบควบคุมแบบกระจายหรือตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้

สี่ขั้นตอนภายในของเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ

ห่วงโซ่การประมวลผลสัญญาณภายในเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิอุตสาหกรรมสมัยใหม่เป็นไปตามสถาปัตยกรรมที่สอดคล้องกัน ไม่ว่าอินพุตจะมาจากเทอร์โมคัปเปิล RTD หรือเซ็นเซอร์ประเภทอื่นๆ:

• การรับสัญญาณอินพุต: วงจรอินพุตของเครื่องส่งสัญญาณจะรับสัญญาณเซ็นเซอร์ ซึ่งอาจเป็น EMF ระดับมิลลิโวลต์จากเทอร์โมคัปเปิล (โดยทั่วไปคือ 0 ถึง 60 mV ขึ้นอยู่กับประเภทและช่วงอุณหภูมิ) หรือค่าความต้านทานจาก RTD (โดยทั่วไปคือ 100 ถึง 400 โอห์ม สำหรับเซ็นเซอร์ Pt100 ตลอดช่วงการวัด) วงจรอินพุตให้กระแสกระตุ้นสำหรับเซ็นเซอร์ RTD (โดยทั่วไปคือ 0.2 ถึง 1.0 mA เพื่อลดข้อผิดพลาดในการทำความร้อนด้วยตนเอง) และใช้การขยายอิมพีแดนซ์อินพุตสูงกับสัญญาณมิลลิโวลต์ของเทอร์โมคัปเปิลเพื่อหลีกเลี่ยงการโหลดเอาต์พุตของเซ็นเซอร์
• การแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล: สัญญาณอินพุตที่ขยายจะถูกแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัลโดยตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลความละเอียดสูง โดยทั่วไปจะมีความละเอียด 16 ถึง 24 บิต ความละเอียดสูงนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเครื่องส่งสัญญาณสามารถแก้ไขการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่น้อยมากภายในช่วงการวัดที่กำหนดไว้ ตัวแปลง 16 บิตในช่วง 100 องศาเซลเซียสช่วยแก้ไขการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิส่วนบุคคลที่ประมาณ 0.0015 องศาเซลเซียส ซึ่งละเอียดกว่าความไม่แน่นอนในการวัดขั้นสุดท้ายของระบบมาก แต่ให้ความแม่นยำภายในที่จำเป็นในการรักษาความแม่นยำหลังการแปลงเชิงเส้นและการคำนวณเอาต์พุต
• การทำให้เป็นเส้นตรงและการชดเชย: โปรเซสเซอร์ดิจิทัลใช้พหุนามลักษณะเฉพาะของเซ็นเซอร์ที่จัดเก็บไว้ในหน่วยความจำของเครื่องส่งสัญญาณเพื่อแปลงค่าดิจิทัลดิบไปเป็นค่าอุณหภูมิ ขั้นตอนการทำให้เป็นเส้นตรงนี้มีความสำคัญเนื่องจากทั้งเทอร์โมคัปเปิล EMF กับอุณหภูมิ หรือความต้านทาน RTD กับความสัมพันธ์ของอุณหภูมิไม่เป็นเส้นตรง พหุนามลักษณะเฉพาะที่กำหนดในมาตรฐาน IEC 60584 สำหรับเทอร์โมคัปเปิลและมาตรฐาน IEC 60751 สำหรับ Pt RTD จะชดเชยความไม่เชิงเส้นเหล่านี้ สำหรับเครื่องส่งสัญญาณเทอร์โมคัปเปิล ขั้นตอนนี้ยังใช้การชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็นที่คำนึงถึงอุณหภูมิจุดเชื่อมต่ออ้างอิงที่สถานีส่งสัญญาณ ซึ่งจะต้องวัดและลบออกจากเอาต์พุตเทอร์โมคัปเปิลเพื่อสร้างการอ่านอุณหภูมิกระบวนการที่แม่นยำ
• การสร้างเอาท์พุต: ค่าอุณหภูมิเชิงเส้นใช้เพื่อคำนวณกระแสไฟขาออกโดยการจับคู่อุณหภูมิที่วัดได้เชิงเส้นตรงกับช่วงกระแส 4 ถึง 20 mA เครื่องส่งขับเคลื่อนแหล่งกำเนิดกระแสที่มีความแม่นยำ ซึ่งจะรักษาเอาต์พุตกระแสที่คำนวณไว้โดยไม่ขึ้นกับแรงดันการจ่ายลูปและความต้านทานของสายเคเบิล โดยให้สัญญาณลูปกระแสที่ไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์รับมองว่าเป็นตัวแปรกระบวนการ

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิทำงานร่วมกับเทอร์โมคัปเปิลอย่างไร

เทอร์โมคัปเปิลคือจุดเชื่อมต่อของลวดโลหะสองเส้นที่ไม่เหมือนกันซึ่งสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าขนาดเล็ก (EMF) เป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างหัวต่อการวัด (หัวต่อร้อนที่วางอยู่ที่จุดตรวจวัดของกระบวนการ) และหัวต่ออ้างอิง (หัวต่อเย็น อยู่ที่จุดที่ลวดเทอร์โมคัปเปิลเปลี่ยนไปยังตัวนำทองแดง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ขั้วอินพุตของเครื่องส่งสัญญาณ) เทอร์โมคัปเปิลไม่ได้วัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ โดยจะตรวจวัดความแตกต่างของอุณหภูมิ และเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิจะต้องเพิ่มอุณหภูมิจุดเชื่อมต่ออ้างอิงเพื่อแปลงความแตกต่างนี้เป็นอุณหภูมิกระบวนการสัมบูรณ์

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิสมัยใหม่ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็นภายใน ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นเทอร์มิสเตอร์ที่มีความแม่นยำหรือเซ็นเซอร์แถบแบนด์แกปซิลิคอน ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ขั้วต่ออินพุตของเทอร์โมคัปเปิล เซ็นเซอร์นี้จะวัดอุณหภูมิที่แท้จริงของเทอร์มินัลอินพุตของเครื่องส่งสัญญาณ และเพิ่มอุณหภูมิจุดเชื่อมต่ออ้างอิงนี้ให้กับ EMF ของเทอร์โมคัปเปิลที่วัดได้ในระหว่างการคำนวณเชิงเส้น ความแม่นยำของการชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็นมีส่วนสำคัญต่อความไม่แน่นอนในการวัดโดยรวมของระบบเครื่องส่งสัญญาณเทอร์โมคัปเปิล และเครื่องส่งสัญญาณคุณภาพสูงจะระบุความแม่นยำในการชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็นแยกต่างหากจากความแม่นยำในการปรับสภาพสัญญาณของเครื่องส่งสัญญาณ ข้อผิดพลาดในการชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็น 0.5 องศาเซลเซียส จะเพิ่มข้อผิดพลาดในการวัดโดยรวมโดยตรง โดยไม่คำนึงถึงคุณภาพของส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบทั้งหมด

การเลือกประเภทเทอร์โมคัปเปิลจะกำหนดช่วงการวัด ความไว และคุณลักษณะความเข้ากันได้ทางเคมีของชุดเครื่องส่งสัญญาณเซ็นเซอร์ ประเภททั่วไปที่ใช้กับเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม ได้แก่:

• Type K (โครเมียม/อลูเมล): เทอร์โมคัปเปิ้ลอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ครอบคลุมช่วงอุณหภูมิประมาณ 200 ถึง 1,260 องศาเซลเซียส โดยมีค่าสัมประสิทธิ์ Seebeck ประมาณ 41 ไมโครโวลต์ต่อองศาเซลเซียส ประเภท K เหมาะสำหรับบรรยากาศออกซิไดซ์และเฉื่อย และให้ความแม่นยำเพียงพอสำหรับการใช้งานตรวจสอบอุณหภูมิอุตสาหกรรมส่วนใหญ่
• ประเภท J (เหล็ก/คอนสแตนตัน): เหมาะสำหรับบรรยากาศแบบลดหรือสุญญากาศ โดยมีช่วงอุณหภูมิ 40 ถึง 750 องศาเซลเซียส และค่าสัมประสิทธิ์ Seebeck ประมาณ 51 ไมโครโวลต์ต่อองศาเซลเซียส เอาต์พุตต่อองศาที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ Type K หมายถึงสัญญาณอินพุตของเครื่องส่งสัญญาณที่มีขนาดเล็กกว่าในการประมวลผล แต่ตัวนำเหล็กจะจำกัดอุณหภูมิสูงสุดและบรรยากาศที่อนุญาต
• ประเภท T (ทองแดง/คอนสแตนตัน): ใช้สำหรับการวัดอุณหภูมิแบบไครโอเจนิกและอุณหภูมิต่ำตั้งแต่ 200 ถึง 350 องศาเซลเซียส โดยมีความสามารถในการทำซ้ำได้ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการใช้งานตรวจสอบห้องเย็นและห้องเย็นและห้องแช่แข็ง
• ประเภท R และประเภท S (โลหะผสมแพลตตินัม/โรเดียม): เทอร์โมคัปเปิลโลหะมีตระกูลที่ใช้ที่อุณหภูมิสูงตั้งแต่ 0 ถึง 1,600 องศาเซลเซียสในการใช้งานต่างๆ เช่น การผลิตแก้ว เซรามิก และเหล็ก ซึ่งเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นโลหะพื้นฐานคงอยู่ไม่ได้ ค่าสัมประสิทธิ์ Seebeck ที่ต่ำกว่า (ประมาณ 10 ไมโครโวลต์ต่อองศาเซลเซียส) จำเป็นต้องมีการขยายสัญญาณอินพุตเครื่องส่งสัญญาณความละเอียดสูงเพื่อให้ได้ความแม่นยำที่เพียงพอ

การประมวลผลอินพุต RTD ในเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ

เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) ทำงานบนหลักการทางกายภาพที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานจากเทอร์โมคัปเปิ้ล โดยวัดความต้านทานไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบโลหะบริสุทธิ์ (แพลตตินัมในประเภท Pt100 และ Pt1000) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เครื่องส่งสัญญาณจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ทราบจำนวนเล็กน้อยผ่านองค์ประกอบ RTD และวัดแรงดันไฟฟ้าผลลัพธ์เพื่อคำนวณความต้านทาน จากนั้นใช้สมการ Callendar Van Dusen หรือพหุนามการกำหนดคุณลักษณะ IEC 60751 เพื่อแปลงความต้านทานต่ออุณหภูมินี้

การกำหนดค่าการเชื่อมต่อ RTD แบบสามสายและสี่สายถูกนำมาใช้เพื่อลดผลกระทบของความต้านทานของลวดตะกั่วต่อความแม่นยำในการวัด ในการกำหนดค่าแบบสองสาย ความต้านทานของลวดตะกั่ว (ซึ่งแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิแวดล้อมและความยาวของสายไฟ) จะเพิ่มความต้านทาน RTD ที่วัดได้โดยตรง และทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่ไม่สามารถแก้ไขได้ ในการกำหนดค่าแบบสามสาย เครื่องส่งสัญญาณจะใช้สะพานวีทสโตนหรือวงจรเทียบเท่าที่จะยกเลิกความต้านทานของสายนำของสายส่งกลับทั่วไป ช่วยลดข้อผิดพลาดที่เกิดจากความแตกต่างของความต้านทานระหว่างสายนำสองเส้นที่แยกจากกัน ในการกำหนดค่าแบบสี่สาย คู่สายแบกกระแสและสายตรวจจับแรงดันไฟฟ้าที่แยกจากกันจะขจัดผลกระทบของความต้านทานของสายตะกั่วต่อการวัดโดยสิ้นเชิง ทำให้เซ็นเซอร์ RTD มีความแม่นยำอย่างแท้จริงเต็มรูปแบบ การเชื่อมต่อด้วยสายสี่เส้นเป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและกระบวนการที่มีความแม่นยำสูง การเชื่อมต่อสายไฟสามสายเป็นเรื่องปกติในการติดตั้งทางอุตสาหกรรมซึ่งข้อผิดพลาดด้านความต้านทานตะกั่วที่ตกค้างบางอย่างสามารถยอมรับได้

เครื่องส่งอุณหภูมิมีความแม่นยำเพียงใด?

ความแม่นยำของระบบเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิประกอบด้วยแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดหลายแหล่ง ซึ่งแต่ละแหล่งมีส่วนทำให้เกิดความไม่แน่นอนในการวัดผลรวม การทำความเข้าใจแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดเหล่านี้และวิธีการรวมเข้าด้วยกันถือเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกเครื่องส่งสัญญาณที่มีความแม่นยำเพียงพอสำหรับการใช้งานเฉพาะ และสำหรับการตีความข้อกำหนดความแม่นยำที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลเครื่องส่งสัญญาณ

ส่วนประกอบความแม่นยำของเครื่องส่งสัญญาณ

งบประมาณความถูกต้องแม่นยำของระบบเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิที่สมบูรณ์จะรวมการสนับสนุนจากแหล่งที่มาต่อไปนี้:

• ความแม่นยำของเซ็นเซอร์: มาตรฐาน IEC 60751 กำหนดความแม่นยำ Pt100 RTD สองคลาส เซ็นเซอร์คลาส A มีความแม่นยำบวกหรือลบ (0.15 0.002 เท่าของค่าสัมบูรณ์ของ T) องศาเซลเซียส โดยที่ T คืออุณหภูมิเป็นองศาเซลเซียส ซึ่งให้ผลลัพธ์ประมาณบวกหรือลบ 0.25 องศาเซลเซียส ที่ 50 องศาเซลเซียส และบวกหรือลบ 0.55 องศาเซลเซียส ที่ 200 องศาเซลเซียส เซ็นเซอร์คลาส B มีความทนทานเป็นสองเท่าของคลาส A ความแม่นยำของเทอร์โมคัปเปิลภายใต้ IEC 60584 จะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของการอ่านหรือค่าคงที่ในหน่วยองศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับว่าค่าใดจะมากกว่า: เทอร์โมคัปเปิลคลาส 1 Type K มาตรฐานมีความแม่นยำบวกหรือลบ 1.5 องศาเซลเซียส หรือบวกหรือลบ 0.4 เปอร์เซ็นต์ของการอ่าน แล้วแต่ค่าใดจะมากกว่า
• ความแม่นยำในการอ้างอิงเครื่องส่งสัญญาณ: ความแม่นยำในการปรับสภาพสัญญาณของเครื่องส่งสัญญาณ ซึ่งระบุไว้ที่อุณหภูมิแวดล้อมอ้างอิง (โดยทั่วไปคือ 20 ถึง 25 องศาเซลเซียส) ภายใต้สภาวะที่มั่นคง เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิอุตสาหกรรมคุณภาพสูงจากผู้ผลิต เช่น Emerson Rosemount, ABB, Endress Hauser และ Yokogawa บรรลุข้อกำหนดความแม่นยำในการอ้างอิงที่บวกหรือลบ 0.05 ถึง 0.1 องศาเซลเซียสสำหรับอินพุต RTD และบวกหรือลบ 0.1 ถึง 0.5 องศาเซลเซียสสำหรับอินพุตเทอร์โมคัปเปิล ทำให้เครื่องส่งสัญญาณมีส่วนค่อนข้างน้อยต่อความไม่แน่นอนของระบบทั้งหมดเมื่อใช้เซ็นเซอร์ความแม่นยำสูง
• ผลกระทบของอุณหภูมิแวดล้อม: ความแม่นยำของเครื่องส่งสัญญาณจะลดลงเมื่ออุณหภูมิในการทำงานแตกต่างจากอุณหภูมิอ้างอิง ผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อมโดยทั่วไปของเครื่องส่งสัญญาณจะระบุเป็นการเปลี่ยนแปลงในเอาต์พุตต่อองศาเซลเซียสของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยรอบ ซึ่งมักจะอยู่ในช่วง 0.005 ถึง 0.02 องศาเซลเซียสต่อองศาเซลเซียสของการเปลี่ยนแปลงโดยรอบ ในเครื่องส่งสัญญาณที่อยู่ในกล่องหุ้มสนามซึ่งอาจพบกับอุณหภูมิแวดล้อมตั้งแต่ลบ 20 ถึงบวก 60 องศาเซลเซียส ผลกระทบของอุณหภูมิแวดล้อมอาจทำให้ค่าความไม่แน่นอนเพิ่มเติมเพิ่มขึ้น 0.4 ถึง 1.6 องศาเซลเซียสให้กับข้อผิดพลาดในการวัดทั้งหมด
• การดริฟท์ระยะยาว: ความแม่นยำของเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิจะค่อยๆ ลอยไปตามกาลเวลา เนื่องจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มีอายุมากขึ้นและความเครียดเชิงกลจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน เครื่องส่งสัญญาณทางอุตสาหกรรมที่ออกแบบมาอย่างดีระบุความเสถียรในระยะยาวที่บวกหรือลบ 0.1 ถึง 0.25 เปอร์เซ็นต์ของช่วงตลอดระยะเวลาการให้บริการ 10 ปี ซึ่งแปลว่าค่าเบี่ยงเบนที่น้อยกว่า 0.1 องศาเซลเซียสต่อปีสำหรับช่วงการวัดโดยทั่วไป 100 องศาเซลเซียส การตรวจสอบความคลาดเคลื่อนผ่านการตรวจสอบการสอบเทียบเป็นระยะเป็นวิธีปฏิบัติมาตรฐานในการรักษาความสมบูรณ์ของการวัดตลอดอายุการใช้งานของเครื่องส่งสัญญาณ

ความแม่นยำในทางปฏิบัติในการใช้งานกระบวนการ

ความแม่นยำรวมของระบบเซ็นเซอร์และเครื่องส่งสัญญาณที่จับคู่กันอย่างดีในการติดตั้งกระบวนการทางอุตสาหกรรมทั่วไป โดยคำนึงถึงแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดทั้งหมด โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงบวกหรือลบ 0.5 ถึง 2 องศาเซลเซียสสำหรับระบบที่ใช้ RTD และบวกหรือลบ 1.5 ถึง 5 องศาเซลเซียสสำหรับระบบที่ใช้เทอร์โมคัปเปิล ช่วงความไม่แน่นอนที่มากขึ้นสำหรับระบบเทอร์โมคัปเปิลสะท้อนถึงการผสมผสานระหว่างความแม่นยำโดยธรรมชาติที่ต่ำกว่าของเซ็นเซอร์ ข้อผิดพลาดในการชดเชยจุดเชื่อมต่อความเย็นที่เครื่องส่งสัญญาณ และความไวที่มากขึ้นของการวัด EMF ของเทอร์โมคัปเปิลต่อการรบกวนทางไฟฟ้า

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความไม่แน่นอนในการวัดต่ำกว่าบวกหรือลบ 0.5 องศาเซลเซียส ให้เลือก Pt100 RTD ที่มีพิกัดความเผื่อคลาส A หรือ 1/3 DIN เชื่อมต่อโดยใช้โครงร่างแบบสี่สาย ใช้เครื่องส่งที่มีความแม่นยำสูงที่ระบุสำหรับอินพุต RTD และติดตั้งเครื่องส่งในตำแหน่งที่มีอุณหภูมิแวดล้อมคงที่และปานกลาง ระบบ Pt100 แบบลวดสี่เส้นจากผู้ผลิตชั้นนำสามารถบรรลุความไม่แน่นอนในการวัดรวมที่บวกหรือลบ 0.2 ถึง 0.3 องศาเซลเซียส ในการติดตั้งที่มีการควบคุมอย่างดี เหมาะสำหรับการใช้งานทางเภสัชกรรม อาหาร และกระบวนการที่มีความแม่นยำ ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวดมากขึ้น

การเปรียบเทียบความแม่นยำ: ระบบส่งสัญญาณเทอร์โมคัปเปิลกับ RTD

ปัจจัย	ระบบส่งสัญญาณเทอร์โมคัปเปิล	ระบบส่งสัญญาณ RTD (Pt100)
ความแม่นยำของระบบโดยทั่วไป	บวกหรือลบ 1.5 ถึง 5 องศาเซลเซียส	บวกหรือลบ 0.2 ถึง 1.0 องศาเซลเซียส
ช่วงอุณหภูมิ	สูงถึง 1,600 องศาเซลเซียส (ประเภทโลหะมีตระกูล)	โดยทั่วไปจะสูงถึง 600 ถึง 850 องศาเซลเซียส
ความมั่นคงในระยะยาว	ล่าง (EMF ดริฟท์จากการเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยา)	สูงกว่า (ความเสถียรของความต้านทานของแพลทินัม)
เวลาตอบสนอง	เร็วขึ้น (มวลความร้อนน้อยลง)	ช้าลงเล็กน้อย (มวลธาตุมากขึ้น)
ราคา (เซ็นเซอร์)	ล่าง	สูงกว่า
ความไวต่อเสียง	สูงกว่า (millivolt signal)	ล่าง (resistance measurement)
แอปพลิเคชั่นที่ดีที่สุด	อุณหภูมิสูง ตอบสนองรวดเร็ว ช่วงกว้าง	ความแม่นยำสูง อุณหภูมิปานกลาง ความเสถียรในระยะยาว

เครื่องส่งอุณหภูมิแบบรวม: การออกแบบและข้อดี

อ เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิแบบรวม รวมองค์ประกอบการตรวจจับและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องส่งสัญญาณเข้าไว้ในส่วนประกอบทางกายภาพชิ้นเดียว ซึ่งโดยทั่วไปจะติดตั้งบนเทอร์โมเวลล์โดยตรงหรือในส่วนหัวของส่วนประกอบเซ็นเซอร์อุณหภูมิ วิธีการบูรณาการนี้แตกต่างกับสถาปัตยกรรมแบบแยกแบบดั้งเดิมที่เซ็นเซอร์ระยะไกลแยกต่างหากเชื่อมต่อกับเครื่องส่งสัญญาณที่ติดตั้งแยกกันผ่านสายต่อ และให้ข้อดีในทางปฏิบัติและประสิทธิภาพหลายประการ ซึ่งทำให้เครื่องส่งสัญญาณแบบรวมเป็นการกำหนดค่าที่ต้องการสำหรับการติดตั้งอุณหภูมิกระบวนการอุตสาหกรรมใหม่ส่วนใหญ่

การกำหนดค่าทางกายภาพของเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิแบบรวม

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิแบบรวมมีจำหน่ายในรูปแบบทางกายภาพหลักสองแบบ:

• เครื่องส่งสัญญาณแบบติดศีรษะ: โมดูลเครื่องส่งสัญญาณขนาดกะทัดรัดที่ติดตั้งอยู่ภายในหัวเชื่อมต่อของชุดเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ติดตั้งเทอร์โมเวลล์ โดยทั่วไปโมดูลตัวส่งสัญญาณจะใช้โครงสร้าง DIN B หรือ DIN A ซึ่งพอดีกับหัวเชื่อมต่อมาตรฐาน และสายเซ็นเซอร์จะเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วตัวส่งสัญญาณภายในกล่องหุ้มหัวที่ปิดสนิท ทรานสมิตเตอร์แบบติดตั้งบนศีรษะช่วยลดการต่อสายไฟระหว่างเซ็นเซอร์และทรานสมิตเตอร์ กำจัดแหล่งกำเนิดของปิ๊กอัพ EMF ข้อผิดพลาดด้านความต้านทานของตะกั่ว และความเสื่อมของการวัดที่เกิดจากตัวเชื่อมต่อ ซึ่งส่งผลต่อระบบสายไฟแบบขยาย โดยส่งสัญญาณลูปกระแสมาตรฐาน 4 ถึง 20 mA บนสายไฟสองเส้นที่ออกจากหัวเชื่อมต่อไปยังระบบควบคุม โดยต้องใช้สายเคเบิลควบคุมมาตรฐานเท่านั้น แทนที่จะใช้สายต่อพิเศษหรือสายต่อเทอร์โมคัปเปิลที่ใช้ในระบบสถาปัตยกรรมแบบแยก
• เครื่องส่งสัญญาณแบบติดตั้งบนรางหรือราง DIN: โมดูลตัวส่งสัญญาณขนาดกะทัดรัดที่ออกแบบมาสำหรับการติดตั้งบนราง DIN 35 มาตรฐานภายในตู้เครื่องมือหรือแผงกั้น โดยทั่วไปรับอินพุตเซ็นเซอร์จากเซ็นเซอร์ภาคสนามระยะไกลผ่านการเดินสายเคเบิลระยะสั้นถึงปานกลาง เครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้ยอมรับช่วงอินพุตเซ็นเซอร์เดียวกันกับประเภทติดตั้งบนศีรษะ แต่ตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมของตู้เครื่องมือ ช่วยลดความแปรผันของอุณหภูมิแวดล้อมที่เกิดขึ้น และทำให้เข้าถึงการกำหนดค่าและการเปลี่ยนได้ง่ายขึ้น โดยทั่วไปแล้วเครื่องส่งสัญญาณแบบติดตั้งบนรางจะใช้ในการใช้งานแบบกลุ่มซึ่งมีเซ็นเซอร์หลายตัวป้อนเข้าไปในตู้เดียว และในการติดตั้งที่ตำแหน่งการเชื่อมต่อกระบวนการไม่อนุญาตให้ติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณแบบติดตั้งบนศีรษะเนื่องจากอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน หรือข้อจำกัดในการเข้าถึง

ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของเครื่องส่งสัญญาณแบบรวม

สถาปัตยกรรมแบบผสานรวมมอบการปรับปรุงประสิทธิภาพที่วัดได้เหนือระบบเครื่องส่งสัญญาณแบบเซ็นเซอร์แยกในหลายด้าน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการวัดและความน่าเชื่อถือของระบบ:

• การกำจัดข้อผิดพลาดของสายต่อเทอร์โมคัปเปิล: สายต่อเทอร์โมคัปเปิลส่งสัญญาณมิลลิโวลต์ของเทอร์โมคัปเปิลจากหัวเซนเซอร์ไปยังเครื่องส่งสัญญาณหรือระบบควบคุมระยะไกล การแตกหัก ขั้วต่อ หรือกราวด์กราวด์ในสายต่อนี้ทำให้เกิดข้อผิดพลาดซึ่งแยกไม่ออกจากสัญญาณอุณหภูมิที่ถูกต้องที่อุปกรณ์รับสัญญาณ เครื่องส่งสัญญาณแบบติดตั้งบนศีรษะจะกำจัดสายต่อทั้งหมดโดยการแปลงสัญญาณมิลลิโวลต์เป็นสัญญาณลูปกระแส 4 ถึง 20 mA ที่หัวเซนเซอร์ และสัญญาณลูปกระแสจะต้านทานต่อข้อผิดพลาดทางเสียงและการรั่วไหลโดยสิ้นเชิง ซึ่งทำให้สัญญาณมิลลิโวลต์เสียหายในระยะยาว
• ปรับปรุงภูมิคุ้มกันทางเสียง: เอาท์พุตลูปกระแส 4 ถึง 20 mA ของเครื่องส่งสัญญาณในตัวมีความทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) จากมอเตอร์ใกล้เคียง ไดรฟ์ความถี่แปรผัน และสายไฟได้ดีกว่าสัญญาณเซ็นเซอร์มิลลิโวลต์ที่ส่งผ่านสายต่อยาวมาก ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าอย่างมาก การปรับปรุงการป้องกันสัญญาณรบกวนนี้มักจะทำให้ความแปรปรวนในการวัดลดลงที่สามารถวัดได้ และแปลโดยตรงไปสู่การควบคุมกระบวนการที่มีเสถียรภาพมากขึ้น
• ลดต้นทุนการเดินสายไฟ: สายเคเบิลคู่บิดเกลียวมีฉนวนหุ้มมาตรฐานที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อลูปกระแส 4 ถึง 20 mA มีต้นทุนต่อเมตรน้อยกว่าสายต่อเทอร์โมคัปเปิลเฉพาะทางที่จำเป็นสำหรับการใช้งานเทอร์โมคัปเปิลระยะยาวที่ไม่มีการชดเชย 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ สำหรับการติดตั้งขนาดใหญ่ที่มีจุดวัดอุณหภูมิหลายร้อยจุดในระยะห่าง 50 เมตรขึ้นไปจากห้องควบคุม ความแตกต่างของต้นทุนการเดินสายเคเบิลนี้แสดงถึงการประหยัดต้นทุนได้อย่างมาก ซึ่งชดเชยต้นทุนต่อหน่วยที่สูงขึ้นของเครื่องส่งสัญญาณแบบติดตั้งบนศีรษะได้บางส่วนหรือทั้งหมด เมื่อเปรียบเทียบกับหัวเทอร์มินัลแบบธรรมดา

การเลือกเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการควบคุมกระบวนการ

การเลือกเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานการควบคุมกระบวนการจำเป็นต้องจับคู่ข้อมูลจำเพาะของเครื่องส่งสัญญาณกับข้อกำหนดการวัดของการใช้งานในหลายมิติพร้อมกัน กรอบการทำงานต่อไปนี้กล่าวถึงเกณฑ์การคัดเลือกที่สำคัญในลำดับการตัดสินใจเชิงปฏิบัติ

ประเภทเซนเซอร์และช่วงการวัด

การตัดสินใจเลือกครั้งแรกคือประเภทของเซ็นเซอร์ ซึ่งจะกำหนดศักยภาพความแม่นยำขั้นพื้นฐาน ช่วงการวัด และความเข้ากันได้ด้านสิ่งแวดล้อมของระบบ ใช้เซ็นเซอร์ RTD (Pt100 หรือ Pt1000) และเครื่องส่งสัญญาณที่เข้ากันได้สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำในการวัดดีกว่าบวกหรือลบ 1 องศาเซลเซียส สำหรับอุณหภูมิต่ำกว่า 600 องศาเซลเซียส และในกรณีที่ต้องมีเสถียรภาพในระยะยาวตลอดหลายปีของการบริการอย่างต่อเนื่อง ใช้เซ็นเซอร์เทอร์โมคัปเปิลและเครื่องส่งสัญญาณที่รองรับสำหรับอุณหภูมิที่สูงกว่า 600 องศาเซลเซียส สำหรับการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว หรือในกรณีที่เซ็นเซอร์ RTD มีราคาสูงจนไม่สามารถใช้ได้กับจุดตรวจวัดจำนวนมาก

เครื่องส่งสัญญาณอินพุตสากลที่ยอมรับทั้งอินพุตเทอร์โมคัปเปิลและ RTD มีจำหน่ายจากผู้ผลิตรายใหญ่ส่วนใหญ่ และมีคุณค่าอย่างยิ่งในโรงงานที่มีสินค้าคงคลังเซ็นเซอร์ที่หลากหลาย หรือในการใช้งานเพิ่มเติม ซึ่งอาจไม่ทราบประเภทเซ็นเซอร์ที่มีอยู่ในขณะที่จัดซื้อเครื่องส่งสัญญาณ โดยทั่วไปแล้วเครื่องส่งสัญญาณอินพุตสากลจะยอมเสียสละความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเครื่องส่งสัญญาณเฉพาะของเซ็นเซอร์ เนื่องจากการประนีประนอมที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบวงจรอินพุตเพื่อจัดการทั้งสัญญาณเทอร์โมคัปเปิลระดับมิลลิโวลต์และการวัดความต้านทานที่จำเป็นสำหรับอินพุต RTD แต่การออกแบบที่ทันสมัยได้ลดการลงโทษความแม่นยำนี้ลงเหลือน้อยกว่า 0.05 องศาเซลเซียสในกรณีส่วนใหญ่

ข้อกำหนดโปรโตคอลเอาท์พุตและการสื่อสาร

โปรโตคอลเอาต์พุตของเครื่องส่งจะต้องเข้ากันได้กับโครงสร้างพื้นฐานของระบบควบคุมการรับ:

• อนาล็อก 4 ถึง 20 mA เท่านั้น: เหมาะสำหรับระบบ DCS และ PLC รุ่นเก่าที่ไม่มีความสามารถในการสื่อสารภาคสนามแบบดิจิทัล หรือสำหรับการใช้งานทั่วไปที่ระบบควบคุมต้องใช้เพียงค่าอุณหภูมิกระบวนการปัจจุบันเท่านั้น และไม่จำเป็นต้องส่งข้อมูลการวินิจฉัย เครื่องส่งแบบอะนาล็อกเท่านั้นเป็นตัวเลือกที่ง่ายและต้นทุนต่ำที่สุด โดยต้องใช้การ์ดอินพุตแบบอะนาล็อกมาตรฐานในระบบควบคุมการรับเท่านั้น
• 4 ถึง 20 mA พร้อม HART: โปรโตคอล HART (ตัวแปลงสัญญาณระยะไกลแบบระบุตำแหน่งได้บนทางหลวง) วางซ้อนสัญญาณดิจิทัลบนลูปกระแส 4 ถึง 20 mA ช่วยให้สามารถสื่อสารการกำหนดค่า การวินิจฉัย และข้อมูลตัวแปรกระบวนการรองไปยังระบบการจัดการสินทรัพย์ที่เข้ากันได้กับ HART ในขณะที่สัญญาณหลัก 4 ถึง 20 mA ยังคงทำงานกับโครงสร้างพื้นฐานอินพุตแบบอะนาล็อกที่มีอยู่ เครื่องส่งสัญญาณที่รองรับ HART เป็นตัวเลือกที่โดดเด่นสำหรับการติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิอุตสาหกรรมใหม่ทั่วโลก เนื่องจากมีความสามารถในการวินิจฉัยแบบดิจิทัลโดยไม่ต้องเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานการเดินสายแบบอะนาล็อกที่มีอยู่
• มูลนิธิ Fieldbus หรือ PROFIBUS PA: ฟิลด์บัสดิจิทัลแท้ที่แทนที่ลูปกระแส 4 ถึง 20 mA ด้วยโปรโตคอลการสื่อสารดิจิทัลทั้งหมดที่มีตัวแปรกระบวนการ การวินิจฉัย และพารามิเตอร์การกำหนดค่าหลายรายการบนสายคู่เดียวที่สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์หลายตัวในโทโพโลยีบัสได้ เหมาะสำหรับการติดตั้งใหม่ซึ่งระบบควบคุมรองรับโปรโตคอลเหล่านี้ และประโยชน์ของการวัดหลายตัวแปรและการวินิจฉัยที่ครอบคลุมจากคู่สายเดี่ยว ทำให้ต้นทุนทางวิศวกรรมการติดตั้งสูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับระบบอะนาล็อกหรือ HART
• ไร้สาย (WirelessHART หรือ ISA100): เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิไร้สายที่สื่อสารการวัดไปยังเกตเวย์ไร้สายโดยไม่ต้องใช้สายสัญญาณ ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่หรือการรวบรวมพลังงานจากสภาพแวดล้อมของกระบวนการ ตัวส่งสัญญาณไร้สายมีคุณค่าอย่างยิ่งในการติดตั้งเพิ่มเติม ซึ่งการใช้สายสัญญาณใหม่ไปยังตำแหน่งที่ไม่สามารถเข้าถึงได้หรือเป็นอันตรายจะมีราคาแพงมาก และในแอปพลิเคชันจะตรวจสอบทรัพย์สินที่เคลื่อนที่หรือหมุน ซึ่งการเชื่อมต่อแบบใช้สายไม่สามารถทำได้

สภาวะแวดล้อมและกระบวนการ

สภาพแวดล้อมทางกายภาพที่จะติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณจะกำหนดข้อกำหนดเกี่ยวกับตัวเครื่องเครื่องส่งสัญญาณ ระดับการป้องกันทางเข้า และการรับรองพื้นที่อันตราย:

• การป้องกันทางเข้า: ตัวเรือนเครื่องส่งสัญญาณต้องมีระดับ IP65 ขั้นต่ำ (กันฝุ่นและป้องกันละอองน้ำ) สำหรับการติดตั้งกลางแจ้งและสภาพแวดล้อมที่มีการชะล้าง IP67 (ใต้น้ำลึก 1 เมตร) สำหรับการใช้งานที่มีความเสี่ยงน้ำท่วม; และ IP68 (การจุ่มใต้น้ำอย่างต่อเนื่อง) สำหรับเครื่องส่งสัญญาณที่ติดตั้งในตำแหน่งที่จมอยู่ใต้น้ำ ต้องมีการตรวจสอบพิกัด IP ของหัวเชื่อมต่อและรายการสายเคเบิลใดๆ เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องส่งสัญญาณอาจมีระดับ IP สูงกว่าอุปกรณ์เชื่อมต่อที่ใช้จริงในการติดตั้ง
• การรับรองพื้นที่อันตราย: เครื่องส่งสัญญาณที่ติดตั้งในพื้นที่ที่อาจเกิดการระเบิดภายใต้มาตรฐานการจำแนกพื้นที่อันตรายระดับชาติหรือระดับนานาชาติจะต้องมีใบรับรองที่เหมาะสมสำหรับการจำแนกประเภทพื้นที่เฉพาะ วิธีการป้องกันพื้นที่อันตรายที่พบบ่อยที่สุดสำหรับเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิคือความปลอดภัยภายใน (Ex ia หรือ Ex ib) สำหรับการใช้งานในโซน 0, 1 และ 2 (อันตรายจากก๊าซ) และกล่องหุ้มที่ป้องกันเปลวไฟและการระเบิด (Ex d) สำหรับการใช้งานที่ต้องใช้เครื่องส่งสัญญาณกำลังสูงกว่า ตรวจสอบว่าการอนุมัติเฉพาะของเครื่องส่งสัญญาณครอบคลุมกลุ่มก๊าซและระดับอุณหภูมิที่ใช้กับสถานที่ติดตั้ง
• ความต้านทานการสั่นสะเทือนและแรงกระแทก: ในการติดตั้งที่มีการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรในกระบวนการผลิต ให้เลือกเครื่องส่งสัญญาณที่ได้รับการทดสอบและจัดอันดับสำหรับความถี่และแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนที่คาดหวัง เครื่องส่งสัญญาณสำหรับการใช้งานตรวจสอบคอมเพรสเซอร์ ปั๊ม และกังหันควรได้รับการจัดอันดับตามมาตรฐานการทดสอบการสั่นสะเทือน IEC 60068 2 6 โดยมีระดับการสั่นสะเทือนอย่างน้อย 2 กรัมในช่วงความถี่ 10 ถึง 2,000 Hz เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวก่อนเวลาอันควรจากความล้าของส่วนประกอบที่เกิดจากการสั่นสะเทือน

สรุปพารามิเตอร์การเลือกคีย์

พารามิเตอร์การเลือก	ตัวเลือก	พื้นฐานการตัดสินใจ
ประเภทอินพุตเซนเซอร์	RTD, เทอร์โมคัปเปิล, อเนกประสงค์	ช่วงอุณหภูมิ, accuracy requirement, response time
โปรโตคอลเอาท์พุต	4 ถึง 20 mA, HART, ฟิลด์บัส, ไร้สาย	ความเข้ากันได้ของระบบควบคุม ความต้องการในการวินิจฉัย
สไตล์การติดตั้ง	ติดตั้งบนศีรษะ, ราง DIN, รีโมท	ตำแหน่งการติดตั้ง อุณหภูมิโดยรอบ การเข้าถึง
การป้องกันทางเข้า	IP65, IP67, IP68	การสัมผัสกลางแจ้ง การชะล้าง ความเสี่ยงจากการจมอยู่ใต้น้ำ
การรับรองพื้นที่อันตราย	Ex ia, Ex ib, Ex d, ไม่เป็นอันตราย	การจำแนกพื้นที่ กลุ่มก๊าซ ระดับอุณหภูมิ
ระดับความแม่นยำ	มาตรฐาน (บวกหรือลบ 0.5 ถึง 1.0 องศาเซลเซียส), สูง (บวกหรือลบ 0.1 ถึง 0.3 องศาเซลเซียส)	ข้อกำหนดการควบคุมกระบวนการ ข้อกำหนดระบบความปลอดภัย

จะแก้ไขปัญหาเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิได้อย่างไร

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ การแก้ไขปัญหาจะเป็นไปตามลำดับการวินิจฉัยเชิงตรรกะซึ่งจะแยกข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นกับเซ็นเซอร์ สายไฟ หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องส่งสัญญาณอย่างเป็นระบบ ก่อนที่จะถึงข้อสรุปว่าส่วนประกอบใดที่ต้องได้รับการดูแล การแก้ไขปัญหาเครื่องส่งสัญญาณโดยไม่มีโครงสร้างที่เป็นระบบนี้นำไปสู่การเปลี่ยนส่วนประกอบโดยไม่จำเป็นและทำให้กระบวนการหยุดทำงานยาวนานขึ้น ลำดับต่อไปนี้ครอบคลุมประเภทข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในการติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิทางอุตสาหกรรม

เอาต์พุตสูงสุดหรือต่ำสุดคงที่ (สัญญาณอิ่มตัว)

เอาต์พุตตัวส่งสัญญาณที่ถูกล็อคไว้ที่ 20.5 mA (หรือกระแสไฟขัดข้องระดับสูงของตัวส่งสัญญาณ) หรือที่ 3.6 mA (กระแสไฟขัดข้องแบบดาวน์สเกล) บ่งชี้ว่าตัวส่งสัญญาณตรวจพบสภาวะที่อยู่นอกช่วงหรือความผิดปกติของเซ็นเซอร์ และขับเคลื่อนเอาต์พุตให้เป็นค่าความปลอดภัยเมื่อเกิดข้อผิดพลาดที่ตั้งไว้ล่วงหน้า วินิจฉัยดังนี้:

1. ตรวจสอบรหัสความผิดปกติที่ใช้งานอยู่: เชื่อมต่อตัวสื่อสาร HART หรือซอฟต์แวร์กำหนดค่าของผู้ผลิตเข้ากับเครื่องส่งสัญญาณ และอ่านการวินิจฉัยข้อบกพร่องที่ทำงานอยู่ โดยทั่วไประบบวินิจฉัยตนเองของเครื่องส่งสัญญาณจะระบุว่าข้อผิดพลาดเกิดจากการอินพุตเซ็นเซอร์แบบเปิด การลัดวงจรที่อินพุตเซ็นเซอร์ อินพุตเซ็นเซอร์อยู่นอกช่วง หรือความผิดปกติของฮาร์ดแวร์ภายในเครื่องส่งสัญญาณ ข้อมูลการวินิจฉัยนี้จะนำการตรวจสอบไปยังส่วนประกอบที่ถูกต้องทันที โดยไม่ต้องมีการตรวจสอบทางกายภาพของทุกองค์ประกอบในลูปการวัด
2. วัดความต่อเนื่องของเซ็นเซอร์ที่ขั้วต่อเครื่องส่งสัญญาณ: ถอดสายเซนเซอร์ออกจากขั้วอินพุตของเครื่องส่งสัญญาณ และวัดความต้านทานของเซ็นเซอร์ (สำหรับ RTD) หรือความต่อเนื่อง (สำหรับเทอร์โมคัปเปิล) ที่สกรูขั้วต่อด้วยมัลติมิเตอร์ที่ปรับเทียบแล้ว Pt100 RTD ที่อุณหภูมิแวดล้อมควรวัดประมาณ 109 ถึง 110 โอห์มทุกๆ 25 องศาเซลเซียสเหนือค่าอ้างอิง 0 องศาของเซ็นเซอร์ การอ่านวงจรเปิดบ่งชี้ว่าองค์ประกอบ RTD เสียหายหรือสายเซ็นเซอร์ขาด เทอร์โมคัปเปิลที่อุณหภูมิแวดล้อมควรให้การอ่านค่าความต้านทานต่ำมาก (โดยทั่วไปคือ 1 ถึง 10 โอห์ม ขึ้นอยู่กับวัสดุและความยาวของเทอร์โมคัปเปิ้ล) วงจรเปิดแสดงว่าทางแยกหรือสายไฟเทอร์โมคัปเปิลขาด
3. เชื่อมต่อเซ็นเซอร์อีกครั้งและตรวจสอบการอ่านกับข้อมูลอ้างอิง: หากเซ็นเซอร์วัดอย่างถูกต้องที่ขั้วต่อเครื่องส่งสัญญาณ แต่เอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณยังคงอิ่มตัว ให้ตรวจสอบว่าช่วงการวัดที่กำหนดค่าของเครื่องส่งสัญญาณนั้นเหมาะสมกับอุณหภูมิกระบวนการจริง เครื่องส่งสัญญาณที่ทำงานอย่างถูกต้องซึ่งรับสัญญาณเซ็นเซอร์สำหรับอุณหภูมิที่อยู่นอกช่วงที่กำหนดไว้จะทำให้เอาต์พุตอิ่มตัว การลดช่วงการวัดหรือการกำหนดค่าช่วงใหม่เพื่อรวมอุณหภูมิกระบวนการจริงควรกลับคืนสู่การทำงานตามปกติ

เอาต์พุตมีเสียงดังหรือไม่เสถียร

อ output that fluctuates rapidly beyond what the process temperature itself could account for indicates electrical noise pickup in the sensor or transmitter wiring, a loose connection, or a moisture ingress problem in the transmitter housing or sensor connection head. Investigate the following in order:

• ตรวจสอบการต่อสายดินของโล่: ตรวจสอบว่าชีลด์สายเซนเซอร์ต่อสายดินที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้น (โดยทั่วไปจะอยู่ที่ห้องควบคุมหรือปลายตู้ควบคุม) โดยที่ปลายฟิลด์ของชีลด์ไม่ต่อสาย การต่อกราวด์ชีลด์ที่ปลายทั้งสองข้างจะสร้างกราวด์กราวด์ที่สามารถส่งสัญญาณรบกวนเข้าไปในวงจรการวัดที่ความถี่เดียวกันกับแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน การแก้ไขชีลด์ที่มีการต่อสายดินสองชั้นมักจะช่วยแก้ปัญหาสัญญาณรบกวนของเครื่องส่งสัญญาณโดยไม่ต้องดำเนินการใดๆ
• ตรวจสอบขั้วต่อการเชื่อมต่อเพื่อดูความชื้นและการกัดกร่อน: เปิดหัวเชื่อมต่อเครื่องส่งสัญญาณและตรวจสอบสกรูขั้วต่อและขั้วต่อทั้งหมดว่ามีความชื้นสะสม ผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อน หรือสกรูขั้วต่อหลวมหรือไม่ ความชื้นระหว่างขั้วต่อสายต่อเทอร์โมคัปเปิลกับงานโลหะที่ต่อสายดินทำให้เกิดกระแสรั่วไหลที่ปรากฏเป็นสัญญาณรบกวนในการวัด เป่าหัวเชื่อมต่อให้แห้งด้วยลมอัดแห้ง จัดการขั้วต่อที่สึกกร่อนด้วยน้ำยาทำความสะอาดแบบสัมผัส และขันสกรูขั้วต่อทั้งหมดให้แน่นตามแรงบิดที่ระบุ ก่อนที่จะประกอบกลับเข้าไปใหม่โดยใช้ซีลทางเข้าสายเคเบิลใหม่
• แยกสายเซนเซอร์ออกจากสายไฟ: ตรวจสอบว่าสายเซ็นเซอร์แยกจากสายไฟ สายไดรฟ์ความถี่แปรผัน และแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนสูงอื่นๆ ตลอดเส้นทางจากเซ็นเซอร์ไปยังเครื่องส่งหรือห้องควบคุม การเดินสายเซ็นเซอร์และสายไฟแบบขนานจะสร้างการเชื่อมต่อแบบเหนี่ยวนำและแบบคาปาซิทีฟที่ส่งเสียงรบกวนเข้าไปในสัญญาณการวัด การรักษาระยะห่างจากสายไฟอย่างน้อย 300 มม. หรือการวางสายเซ็นเซอร์ในท่อร้อยสายโลหะที่แยกจากกัน จะช่วยขจัดเส้นทางการเชื่อมต่อนี้

การอ่านออฟเซ็ต: ข้อผิดพลาดในการวัดที่สอดคล้องกัน

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิที่สร้างการอ่านค่าที่สูงหรือต่ำกว่าอุณหภูมิกระบวนการจริงอย่างสม่ำเสมอโดยค่าออฟเซ็ตคงที่ตลอดช่วงการวัด ซึ่งยืนยันโดยการเปรียบเทียบกับเทอร์โมมิเตอร์อ้างอิงที่ผ่านการสอบเทียบแล้วในกระบวนการเดียวกัน บ่งชี้ว่าการสอบเทียบเบี่ยงเบนไปจากเครื่องส่งสัญญาณ การกำหนดค่าเครื่องส่งสัญญาณไม่ถูกต้อง หรือแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่เป็นระบบ เช่น ความต้านทานของตะกั่วในการเชื่อมต่อ RTD สองสายที่ไม่มีการชดเชย ตรวจสอบพารามิเตอร์การกำหนดค่าเครื่องส่งสัญญาณ (ประเภทเซ็นเซอร์ ประเภทการเชื่อมต่อ สแปน และศูนย์) กับเอกสารประกอบการทดสอบการใช้งานเดิมก่อนดำเนินการตรวจสอบการสอบเทียบ เนื่องจากข้อผิดพลาดในการกำหนดค่าที่เกิดขึ้นระหว่างการบำรุงรักษาเป็นสาเหตุที่พบบ่อยและแก้ไขได้ง่ายของออฟเซ็ตการอ่านอย่างเป็นระบบ หากการกำหนดค่าได้รับการยืนยันว่าถูกต้อง ให้ดำเนินการตรวจสอบการสอบเทียบแบบสองจุดโดยใช้แหล่งอุณหภูมิที่มีความแม่นยำและเครื่องส่งสัญญาณหรือเครื่องสอบเทียบอ้างอิงที่ได้รับการรับรอง เพื่อระบุลักษณะการพึ่งพาขนาดและอุณหภูมิของออฟเซ็ต และใช้การแก้ไขการสอบเทียบหรือเปลี่ยนเครื่องส่งสัญญาณหากออฟเซ็ตเกินข้อกำหนดด้านความแม่นยำของแอปพลิเคชัน

การบำรุงรักษาเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม

มีระเบียบวินัย เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิ โปรแกรมการบำรุงรักษาจะรักษาความแม่นยำในการวัด ป้องกันความล้มเหลวในการวัดที่ไม่คาดคิดซึ่งขัดขวางการควบคุมกระบวนการ และเพิ่มอายุการใช้งานที่มีประโยชน์ของการลงทุนในเครื่องมือให้สูงสุด โปรแกรมการบำรุงรักษาสำหรับเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิทางอุตสาหกรรมครอบคลุมการตรวจสอบการสอบเทียบเป็นระยะ การตรวจสอบทางกายภาพ การตรวจสอบข้อมูลการวินิจฉัยสำหรับการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ และการเปลี่ยนส่วนประกอบเซ็นเซอร์ตามแผนที่ประสบปัญหาการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วในการให้บริการ

กำหนดการตรวจสอบการสอบเทียบ

ควรกำหนดช่วงเวลาการตรวจสอบการสอบเทียบสำหรับเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิตามความต้องการด้านความแม่นยำของการใช้งาน ความเสถียรในระยะยาวที่ระบุของเครื่องส่งสัญญาณ และผลที่ตามมาของข้อผิดพลาดในการวัดที่ตรวจไม่พบสำหรับคุณภาพและความปลอดภัยในการควบคุมกระบวนการ ช่วงการตรวจสอบการสอบเทียบโดยทั่วไปสำหรับเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิอุตสาหกรรมมีตั้งแต่ 6 เดือนสำหรับการตรวจวัดที่สำคัญด้านความปลอดภัย โดยที่ต้องตรวจพบค่าเบี่ยงเบนที่สูงกว่าบวกหรือลบ 0.5 องศาเซลเซียสโดยทันที ไปจนถึง 2 ถึง 5 ปีสำหรับการวัดการตรวจติดตามที่ไม่สำคัญ โดยที่ข้อกำหนดด้านความเสถียรในระยะยาวของเครื่องส่งสัญญาณ (โดยทั่วไปจะบวกหรือลบ 0.1 ถึง 0.25 เปอร์เซ็นต์ของช่วงต่อปีจากผู้ผลิตชั้นนำ) จะช่วยปรับช่วงเวลาที่นานขึ้นระหว่างการตรวจสอบ

การตรวจสอบการสอบเทียบควรทำโดยใช้แหล่งกำเนิดอุณหภูมิที่สอบเทียบแล้ว (เครื่องสอบเทียบบล็อกแห้งหรืออ่างวัดอุณหภูมิ) ที่ตรวจสอบย้อนกลับได้ตามมาตรฐานการวัดระดับประเทศ โดยมีเทอร์โมมิเตอร์อ้างอิงที่สอบเทียบแล้วซึ่งมีความแม่นยำสูงกว่าการตรวจสอบเครื่องส่งสัญญาณซึ่งทำหน้าที่เป็นมาตรฐานการเปรียบเทียบ บันทึกการอ่านค่าตามที่พบและค่าซ้ายที่อุณหภูมิอย่างน้อยสองจุดภายในช่วงที่กำหนดค่าไว้ (โดยทั่วไปคือ 25 เปอร์เซ็นต์และ 75 เปอร์เซ็นต์ของช่วง) เพื่อระบุลักษณะทั้งข้อผิดพลาดออฟเซ็ตเป็นศูนย์และข้อผิดพลาดของช่วง บันทึกผลลัพธ์การสอบเทียบทั้งหมดไว้ในบันทึกการสอบเทียบของอุปกรณ์ และแนวโน้มผลลัพธ์ในการสอบเทียบต่อเนื่องเพื่อระบุการเบี่ยงเบนทีละน้อยที่อาจบ่งบอกถึงสภาพเซ็นเซอร์ที่เสื่อมลงก่อนที่จะกลายเป็นปัญหาในการวัด

การตรวจสอบทางกายภาพและการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน

โปรแกรมการตรวจสอบทางกายภาพสำหรับเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิควรรวมการตรวจสอบต่อไปนี้ในการนัดตรวจบำรุงรักษาตามกำหนดการแต่ละครั้ง:

• ความสมบูรณ์ของสิ่งที่แนบมา: ตรวจสอบตัวเรือนเครื่องส่งสัญญาณเพื่อดูความเสียหายทางกายภาพ การกัดกร่อน หรือการเสื่อมสภาพของสารเคลือบป้องกัน ตรวจสอบว่าทางเข้าสายเคเบิลทั้งหมดถูกปิดผนึกด้วยเคเบิลแกลนด์พิกัดเดิม และปะเก็นบนฝาครอบเครื่องส่งสัญญาณไม่เสียหายและสัมผัสกันอย่างสมบูรณ์ เปลี่ยนปะเก็นที่เสื่อมสภาพเพื่อรักษาระดับการป้องกันทางเข้าของตัวเรือน
• การเชื่อมต่อเทอร์มินัล: ตรวจสอบการเชื่อมต่อขั้วต่อทั้งหมดเพื่อดูความแน่น การกัดกร่อน และการมีอยู่ของความชื้นในหัวเชื่อมต่อ ขันสกรูขั้วต่อให้แน่นตามแรงบิดที่ระบุ การกัดกร่อนที่การเชื่อมต่อขั้วต่อเป็นความผิดปกติแบบก้าวหน้าที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดที่เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป และเกิดความล้มเหลวของวงจรเปิดในที่สุดหากไม่ได้รับการแก้ไข
• สภาพเทอร์โมเวลล์ (เมื่อติดตั้ง): ตรวจสอบเทอร์โมเวลล์เพื่อดูการกัดกร่อนภายนอก ความเสียหายทางกลจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล (มองเห็นได้จากการสึกหรอหรือการแตกร้าวที่จุดเชื่อมต่อของกระบวนการ) และความสะอาดภายใน เทอร์โมเวลล์ที่ผนังบางลงอย่างมากจากการกัดกร่อน ทำให้เกิดความเสี่ยงที่ของเหลวในกระบวนการจะรั่วไหลจากความล้มเหลวของผนังที่เหลือ โดยต้องเปลี่ยนใหม่ก่อนที่ฟังก์ชันการป้องกันการวัดค่าของเทอร์โมเวลล์จะเสียหาย
• สภาพองค์ประกอบเซ็นเซอร์: สำหรับองค์ประกอบ RTD และเทอร์โมคัปเปิลที่เปิดเผย ให้ตรวจสอบปลอกป้องกันเพื่อดูความเสียหายทางกล รูพรุนจากการกัดกร่อน และสัญญาณใดๆ ของการปนเปื้อนของของเหลวในกระบวนการในช่องเซ็นเซอร์ เปรียบเทียบความต้านทานของเซ็นเซอร์ปัจจุบัน (สำหรับ RTD) หรือความต้านทานของฉนวน (สำหรับปลอกเทอร์โมคัปเปิล) กับค่าพื้นฐานที่บันทึกไว้ในการทดสอบเดินเครื่อง ความต้านทานของฉนวนที่ลดลงในปลอกเทอร์โมคัปเปิล (ต่ำกว่า 1 เมกะโอห์มที่อุณหภูมิการทำงาน) บ่งชี้ว่าความชื้นซึมเข้าไปหรือการเสื่อมสภาพของปลอกซึ่งจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดและจำเป็นต้องเปลี่ยนเซ็นเซอร์

การใช้ข้อมูลการวินิจฉัยสำหรับการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์

เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิฟิลด์บัสแบบดิจิทัลที่มีความสามารถ HART จะสร้างข้อมูลการวินิจฉัยอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสามารถใช้เพื่อระบุปัญหาที่กำลังพัฒนาก่อนที่จะทำให้เกิดความล้มเหลวในการวัด เครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิแบบรวมสมัยใหม่จะตรวจสอบและรายงานพารามิเตอร์ รวมถึงอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อความเย็น ความต้านทานของเซ็นเซอร์ (สำหรับอินพุต RTD) แรงดันไฟฟ้าของลูป อุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์ภายในของเครื่องส่งสัญญาณ และเวลาทำงานทั้งหมดนับตั้งแต่รีเซ็ตครั้งล่าสุด การตรวจสอบพารามิเตอร์การวินิจฉัยเหล่านี้ผ่านระบบการจัดการสินทรัพย์ระหว่างการทำงานตามปกติ แทนที่จะรอให้เครื่องส่งสัญญาณติดธงแจ้งเตือน ช่วยให้สามารถบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ซึ่งกำหนดเวลาการเปลี่ยนเซ็นเซอร์ตามตัวบ่งชี้สภาพจริง แทนที่จะเป็นช่วงเวลาปฏิทินคงที่

ความต้านทานของเซ็นเซอร์ RTD เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องซึ่งสูงกว่าค่าที่คาดไว้สำหรับอุณหภูมิกระบวนการ ซึ่งสังเกตได้จากข้อมูลการวินิจฉัยจากการอ่านค่าที่ต่อเนื่อง เป็นตัวบ่งชี้เบื้องต้นของการปนเปื้อนขององค์ประกอบเซ็นเซอร์หรือความเสียหายทางกล ซึ่งจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดอย่างมีนัยสำคัญหรือความล้มเหลวของวงจรเปิดในที่สุด การจัดกำหนดการการเปลี่ยนเซ็นเซอร์ในช่วงการบำรุงรักษาตามแผนครั้งถัดไปเมื่อมีการระบุแนวโน้มนี้เป็นครั้งแรก แทนที่จะรอให้การวัดล้มเหลวทั้งหมด จะช่วยหลีกเลี่ยงการหยุดชะงักของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเซ็นเซอร์ที่ไม่ได้กำหนดไว้ในระหว่างการผลิต วิธีการคาดการณ์ในการบำรุงรักษาเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมินี้เป็นหนึ่งในการใช้งานที่คุ้มค่าที่สุดของความสามารถในการวินิจฉัยแบบดิจิทัลที่มีอยู่ในเครื่องส่งสัญญาณอุณหภูมิทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่