Модуль ввода термопары - это специализированный модуль ввода аналоговых сигналов, предназначенный для непосредственного подключения термопар TC и измерения температуры. Он принимает слабое термоэлектрическое напряжение, выполняет компенсацию холодного спая, преобразует сигнал в цифровое значение и передает результат в ПЛК.
Модули термопар CREVIS применяются в печах, сушильных камерах, котельных, холодильных установках, термостатах, оборудовании для термообработки, металлургических и других технологических установках.
Что такое термопара
Термопара, или TC (Thermocouple), представляет собой датчик температуры, состоящий из двух проводников из разных металлов или сплавов. Проводники соединены в измерительном спае, который помещается в контролируемую среду.
При разнице температур между измерительным спаем и местом подключения проводов возникает термоэлектрическая ЭДС. Ее величина зависит от температуры и материалов, из которых изготовлена термопара.
Термопара является пассивным датчиком и не требует отдельного источника питания. Однако создаваемое ею напряжение очень мало, поэтому для подключения необходим специализированный аналоговый вход с высокой чувствительностью.
Какой сигнал выдает термопара
Непосредственным выходным сигналом термопары является постоянное термоэлектрическое напряжение. Оно измеряется в микровольтах и милливольтах. Термопара не формирует стандартный сигнал 0–10 В или 4–20 мА.
| Источник сигнала | Сигнал на входе модуля | Что делает модуль | Что получает ПЛК |
|---|---|---|---|
| Термопара без преобразователя | Термоэлектрическое напряжение в диапазоне единиц или десятков милливольт | Измеряет напряжение, компенсирует холодный спай и выполняет линеаризацию | Цифровое значение температуры |
| Источник малого напряжения | Например, от −32,7 до +32,7 мВ, от −65,5 до +65,5 мВ или от −81 до +81 мВ | Измеряет напряжение с разрешением 1, 2 или 10 мкВ на отсчет | Цифровое значение напряжения |
| Термопара с нормирующим преобразователем | 4–20 мА, 0–10 В или другой унифицированный сигнал | Используется обычный модуль токового или потенциального ввода | Цифровое значение, соответствующее температуре |
Таким образом, сама термопара выдает сигнал в милливольтах, а модуль ввода термопары передает в контроллер цифровое значение температуры или напряжения. Внешний промышленный протокол, например Modbus TCP, Modbus RTU, EtherCAT или PROFINET, определяется установленным ПЛК или сетевым адаптером.
Зачем нужна компенсация холодного спая
Напряжение термопары зависит не только от температуры измерительного спая, но и от температуры клемм, к которым подключены ее провода. Поэтому модуль должен учитывать температуру в месте подключения. Эта функция называется компенсацией холодного спая.
В модулях CREVIS может применяться встроенный датчик температуры клемм или внешний датчик Pt100. После компенсации модуль пересчитывает измеренную термо-ЭДС по характеристике выбранного типа термопары и получает фактическую температуру.
Модули ввода термопар CREVIS
| Модуль | Количество каналов | Поддерживаемые сигналы | Подключение | Данные и дополнительные функции |
|---|---|---|---|---|
| GT-3804 | 4 | Термопары K, J, T, B, R, S, E, N, L, U, C, D; измерение малых напряжений | 2-проводное, RTB 10 | 16-битное значение температуры или напряжения; внутренняя и внешняя компенсация холодного спая Pt100; преобразование не более 30 мс для всех каналов |
| GT-3888 | 8 | Термопары K, J, T, B, R, S, E, N, L, U, C, D, ТХК; измерение малых напряжений | 2-проводное, RTB 18 | 16-битное значение; внутренняя компенсация холодного спая или внешний Pt100; усредненное время преобразования менее 50 мс |
| GT-3814 | 4 | Термопары K, J, T, B, R, S, E, N, L, U, C, D | 2-проводное, IDC 20 | Встроенный ПИД-регулятор; ШИМ-выходы Sink для управления твердотельными реле SSR; аварийные транзисторные выходы |
| GT-3834 | 4 | Термопары K, J, T, B, R, S, E, N, L, U, C, D | 2-проводное, IDC 20 | Встроенный ПИД-регулятор; управляющие выходы 4–20 мА; аварийные транзисторные выходы Sink |
| M3808 | 8 | Термопары K, J, T, B, R, S, E, N, L, U, C, D; измерение малых напряжений | 2-проводное, RTB 18 | 16-битное значение; внутренняя или внешняя компенсация Pt100; поддерживается горячая замена |
Для обычного измерения температуры применяют GT-3804, GT-3888 или M3808. Если модуль должен не только измерять температуру, но и самостоятельно управлять нагревателем, выбирают GT-3814 с выходами SSR или GT-3834 с управляющими выходами 4–20 мА.
Модули термопар серии S
Серия S снята с производства. Эти модули могут потребоваться для ремонта и обслуживания ранее установленных систем. Для новых проектов рекомендуется подбирать оборудование серий G или M.
| Модуль | Количество каналов | Разъем | Особенности |
|---|---|---|---|
| ST-3802 | 2 | RTB 8 | Термопарные входы и измерение малых напряжений |
| ST-3804 | 4 | RTB 8 | Термопарные входы и измерение малых напряжений |
| ST-3808 | 8 | IDC 20 | Восьмиканальный модуль ввода термопар |
| ST-3814 | 4 | IDC 20 | Встроенный ПИД-регулятор и выходы управления SSR |
| ST-3834 | 4 | IDC 20 | Встроенный ПИД-регулятор и управляющие выходы 4–20 мА |
Подключение термопары к модулю
Термопара подключается к модулю двумя проводами с обязательным соблюдением полярности. Для удлинения линии необходимо использовать компенсационный или термоэлектродный кабель, соответствующий типу термопары. Применение обычного медного провода без правильного компенсационного подключения может создать дополнительные спаи и увеличить погрешность измерения.
Термопарный кабель рекомендуется прокладывать отдельно от силовых проводов, частотных преобразователей, контакторов и других источников электромагнитных помех. Требования к экрану, заземлению и допустимой длине линии необходимо проверять в руководстве выбранного модуля.
Чем термопара отличается от RTD
| Параметр | Термопара TC | Термосопротивление RTD |
|---|---|---|
| Принцип измерения | Формирование термоэлектрической ЭДС | Изменение электрического сопротивления |
| Сигнал датчика | Малое напряжение в микровольтах или милливольтах | Сопротивление в омах |
| Типовая схема подключения | 2-проводная с соблюдением полярности | 2-, 3- или 4-проводная |
| Компенсация | Компенсация температуры холодного спая | Компенсация сопротивления соединительных проводов |
| Температурный диапазон | В зависимости от типа может превышать +2000 °C | Обычно ниже, чем у высокотемпературных термопар |
| Подходящий модуль | Модуль ввода термопары | Модуль ввода термосопротивлений RTD |
Термопару нельзя подключать вместо RTD, несмотря на то что оба датчика предназначены для измерения температуры. Для термопары нужен вход малых напряжений с компенсацией холодного спая, а для RTD - вход измерения сопротивления.
Посмотреть остальные устройства можно в разделе модули аналогового ввода CREVIS.