Lämpötilalähetin on elektroninen instrumentti, jota käytetään laajalti teollisen prosessin ohjauksessa. Sen ydintehtävä on muuntaa lämpötila-anturien (kuten lämpöparit, lämpövastukset RTDS tai termistorit) havaitsemat heikot signaalit tavanomaisiksi teollisiksi prosessisignaaleiksi (yleisimpiä ovat 4-20 mA tasavirtasignaalit tai digitaaliset signaalit) ja välittää tämä signaali sitten valvomossa tai etäällä sijaitseviin näyttöinstrumentteihin, säätimiin, tiedonkeruujärjestelmiin tai toimilaitteisiin.
Lämpötilalähettimen toimintaperiaate voidaan tiivistää seuraaviin avainvaiheisiin:
Lämpötilan havaitseminen ja raakasignaalin generointi:
Lämpötila-anturi (yleensä lämpöpari tai lämpövastus, kuten Pt100) tulee suoraan kosketukseen mitattavan väliaineen kanssa havaitakseen sen lämpötilan muutokset.
Lämpöpari (T/C) : Seebeck-ilmiön perusteella, kun kahden eri metallin välillä on lämpötilaero mittauspäässä (hot end) ja vertailupäässä (kylmä pää), piiriin muodostuu lämpösähköinen potentiaali (millivoltti{0}}tasojännitesignaali, mV), joka on verrannollinen lämpötilaeroon.
Lämpövastus (RTD) : kuten Pt100, joka perustuu fysikaaliseen ominaisuuteen, että metallijohtimen resistanssiarvo kasvaa lämpötilan noustessa (positiivinen lämpötilakerroin). Lämpötilan muutokset saavat sen vastusarvon muuttumaan (esimerkiksi se on 100Ω 0 asteessa).
Termistorit: Sen ominaisuuden perusteella, että puolijohdemateriaalien resistanssiarvo muuttuu merkittävästi lämpötilan mukaan, ne luokitellaan negatiivisen lämpötilakertoimen (NTC) ja positiivisen lämpötilakertoimen (PTC) tyyppeihin.
Signaalin säätö (avainvaihe):
Vahvistus: Anturin tuottama alkuperäinen signaali (MV{0}}tason jännitteen tai vastuksen muutokset) on erittäin heikko. Lähettimen sisällä oleva elektroninen piiri ensin vahvistaa sen lineaarisesti standarditasolle, joka soveltuu myöhempään käsittelyyn.
Kylmän pään kompensointi (termopareille): Termoparin synnyttämä lämpösähköinen potentiaali on kuuman ja kylmän pään (vertailupää, joka sijaitsee yleensä lähettimen sisäisessä liittimessä) välisen lämpötilaeron funktio. Tarkan mitatun lämpötilan (suhteessa 0 asteeseen) saamiseksi lähettimen on mitattava todellinen lämpötila liittimestään (kylmän pään lämpötila), laskettava lämpöpotentiaali, joka on kompensoitava tämän lämpötilan perusteella, ja asetettava se (tai vastaava prosessi) alkuperäisen signaalin päälle, mikä eliminoi kylmän loppulämpötilan muutoksen aiheuttaman virheen.
Linearisointi: Termosähköinen potentiaali/vastus{0}}lämpöparien ja lämpövastusten välinen lämpötilasuhde ei ole täydellinen suora, mutta sillä on tietty epälineaarisuus. Lähetin yleensä tallentaa sisään anturityyppiä vastaavan linearisointikäyrän (tai laskee sen kaavalla). Vahvistettu/kompensoitu signaali linearisoidaan edustamaan suoraan ja lineaarisesti mitattua lämpötila-arvoa.
Alipäästösuodatus: Se poistaa korkean
Signaalin muunnos
Muunna analoginen signaali (jännite), joka on vakioitu (vahvistettu, kompensoitu, linearisoitu, suodatettu) ja joka edustaa tarkasti mitattua lämpötilaa, teollisuusstandardin lähtösignaaliksi.
Yleisimmin käytetty lähtösignaali on 4-20 mA virtasignaali: muunnettu virtasignaali kulkee silmukan läpi. Nollalämpötila tai alueen alaraja vastaa yleensä 4mA ja täyden asteikon lämpötila 20mA. Miksi 4-20mA?
4 mA nollapoikkeama: Se voi kätevästi erottaa todella tehokkaat matalat signaalit (4 mA) anturin irtikytkentävioista (0 mA).
Voimakas anti-häiriö: Verrattuna jännitesignaaleihin virtasignaalit eivät ole herkkiä johtimen resistanssin muutoksille ja jännitehäviöille pitkän-etäisyyden lähetyksen aikana, ja sähkömagneettinen kohina häiritsee niitä vähemmän.
Kaksi-johtimista virtalähde: Monet lähettimet käyttävät kaksi-johtimista, eli ne tarjoavat virtaa ja lähettävät virtasignaaleja samanaikaisesti kahden johdon kautta. Vähimmäisarvo 4 mA varmistaa lähettimen oman vähimmäiskäyttövirran vaatimuksen (jota kutsutaan yleisesti "aktiiviseksi nollapisteeksi").
Signaalin siirto
Muunnettu standardisignaali (kuten 4-20 mA) lähetetään etäpäähän johtojen kautta. Standardoitujen ominaisuuksiensa ansiosta valvomot tai PLCS ja muut laitteet voivat vastaanottaa ja käsitellä tätä signaalia suoraan:
Näytä lämpötila-arvo (paneelipöydällä, DCS/SCADA-operaattori).
Tulo säätimeen (kuten PID-säätimeen) loogista toimintaa ja säätöä varten.
Tallennetaan historialliseen tietokantaan tai käytetään hälytysten arviointiin.
Käytä toimilaitetta (jos lämpötila{0}}ohjausta tarvitaan).
