← Zurück zu Process Measurement & Instrumentation Kategorie

Wie Prozesstemperaturmessgenauigkeit zu verbessern

Für viele Temperaturanwendungen ist es wichtig, eine hohe Genauigkeit bei der Prozess-Temperaturmessung zu erreichen. Dieses neue White Paper zeigt, wie Anlagen- und Baustelleningenieure die genaueste Messung der Prozesstemperatur für kritische Anwendungen sicherstellen können. Es beschreibt Schritte, die Endbenutzern helfen können, die Stabilität ihrer Messungen zu verbessern und die Kalibrierungskosten zu senken.

Von Gary Prentice, National Sales Manager Moore Industries-International, Inc.

Für viele Temperaturanwendungen, immer eine hohe Genauigkeit ist entscheidend. Das neue White Paper zeigt auf, wie Pflanzen und Website-Ingenieure können die genaueste Temperaturmessung für kritische Anwendungen zu gewährleisten. Es wird ausführlich auf Schritte, die auch helfen können Endbenutzer verbessern die Stabilität ihrer Messungen und Kalibrierung reduzieren Kosten.

"Ein praktischer Leitfaden zur Verbesserung der Genauigkeit der Prozesstemperaturmessung"Zeigt, wie Sie den besten Sensor für eine bestimmte Anwendung auswählen und die Genauigkeit des von Ihnen ausgewählten Sensors verbessern können. Insbesondere werden die Gründe erläutert, warum 4-Draht-RTD-Sensoren fast immer die beste Wahl für hochgenaue Temperaturanwendungen sind. Die Verwendung von 4-Draht-RTD-Sensoren eliminiert die Fehler, die von einem Kupferdraht verursacht werden. In diesem Artikel wird auch die Beziehung zwischen Sensorklassen (wie Thermoelementen der Serien und Premium Grade und RTDs der Klasse A) und deren Fehlerraten erläutert.

Neben der Auswahl von Sensoren lernen Sie, wie Sie Fehler durch Anlagengeräusche reduzieren können, indem Sie die Badkalibrierung verwenden, um RTD-Messfehler und die Beziehung zwischen Remote-I / O und Temperaturgenauigkeit zu minimieren.

Einführung zur Verbesserung der Genauigkeit der Prozesstemperaturmessung

Einige Prozesse erfordern keine Temperaturmessgenauigkeit und andere tun. Sie können jedoch nicht sicher, ob die Genauigkeit ist wichtig für Ihre Anwendung ist, oder ob die Verbesserung der Genauigkeit in Ihrer Prozessergebnisse genug von einem Unterschied machen, um die Kosten und den Aufwand zu rechtfertigen. Dieses Papier identifiziert Probleme, die von ungenauen Messungen führen und zeigt Wege, sie zu lösen, die sowohl effektiv und wirtschaftlich sind.

Temperaturmessungen können in drei Gruppen eingeteilt werden:

  1. Solche, die Genauigkeit erfordern. Sie müssen nur wissen, ob die Temperatur stabil oder gehen oben oder nach unten.
  2. Diejenigen, die erfordern Genauigkeit zu tun. Strategien in diesem Papier wird mit den Messungen zu helfen.
  3. Diejenigen, denen es Unsicherheit über die Genauigkeitsanforderung. Wenn die Messungen in dieser Kategorie sind auf einem vorbeugenden Wartungsplan für die Kalibrierung oder Verifizierung möchten Sie vielleicht vor, um die Genauigkeit zu verbessern. Die gleichen Schritte, die wir ergreifen, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen auch in reduzierten Drift führen und das würde sich positiv auf die Wartungsfrequenz haben.

Die Verbesserung der Genauigkeit und die Verringerung der Messabweichung sind oft miteinander verbunden und können messbare Ergebnisse liefern. Dieses Papier zeigt, wie:

  • Wählen Sie den besten Sensor für die Anwendung
  • Weniger Fehler durch externe Umwelt verursacht
  • Weniger Fehler durch Leitungsdrähte verursacht
  • Reduzieren Messfehler

Sensoren und Genauigkeit

Es gibt Zeiten, wenn der Temperatursensor ausgewählt, basierend auf Informationen, was auf dem Regal oder der "Anlage Standard." Es ist nicht ungewöhnlich, um zu sehen, ein Typ J oder K-Thermoelement Messung der Temperatur, die mit einem Platinum RTD gemessen werden sollte. ASTM und IEC Temperatur Standards geben uns Sensor Messunsicherheit. Wenn wir wählen eine Probentemperatur von 500 ° F (260 ° C), die Unsicherheit einer Standardqualität J oder K Thermoelement ± 4 ° F (± 2.2 ° C), während ein Class A 100Ω Pt RTD hat eine Unsicherheit von ± 1.2 ° F (± 0.67 ° C).

Temperatursensor

Temperatursensor

Viele Prozess Ingenieure und Techniker bevorzugen RTDs. Auswahl des besten Sensor für die Anwendung beeinflusst die Genauigkeit der Messung und eine RTD ist die genaueste Sensor zu verwenden, wenn die Verfahrenstemperatur innerhalb seines Messbereiches. Aber Sie brauchen, um weniger genau Thermoelemente verwenden, wenn Sie Temperaturen, die heißer als die RTD oberen Messgrenzen messen müssen. In diesen Fällen werden Sie wollen konkrete Schritte mit Thermoelementen, um die Genauigkeit der Messergebnisse zu verbessern.

Sie können die Genauigkeit des Sensors verbessern, indem Sie Thermoelemente verwenden, die mit Spezialtoleranzdraht (auch Premium Grade genannt) konstruiert sind. Der reduzierte Fehler wird durch Verwendung von Draht mit Legierungen höherer Reinheit erreicht. Bei 500 ° F (260 ° C) beträgt die Unsicherheit eines Spezialtoleranz-Thermoelements etwa ± 2.0 ° F (1.1 ° C).

Sensorauswahl ist es, die Messgenauigkeit sehr wichtig. Wie oben angegeben, ist ein Klasse-A Pt RTD Unsicherheit über ± 1.2 ° F (± 0.67 ° C) auf die gleiche Betriebstemperatur. Um den Prozess der Auswahl eines Sensors zu vereinfachen, können Sie von der Annahme aus, dass eine Änderung von einem Standard Grade Thermoelement zu einem Premium-Thermoelement schneidet die Fehlerrate um die Hälfte zu betreiben; Wechsel von einem Premium-Thermoelement mit einem Klasse-A-RTD schneidet den Fehler in der Hälfte wieder.

TDZ3 Sender

TDZ3 Sender

Die Rolle von Thermoelement Verlängerungskabel in Messgenauigkeit

Thermoelemente, die an eine SPS oder DCS angeschlossen sind, müssen ein Thermoelement-Verlängerungskabel verwenden. Leider ist die Verlängerungsleitung eine weitere Quelle für Messfehler. Die Verwendung der J- oder K-Verlängerungskabel der Standardklasse führt ebenfalls zu einem weiteren ± 4 ° F (± 2.2 ° C) -Fehler. Sie können die Fehlerrate reduzieren, indem Sie einen hochwertigen Verlängerungskabel verwenden, der wie bei Premium-Thermoelementen die Hälfte der Fehlerrate des Standard-Verlängerungskabels aufweist. (Diese Fehlerzahlen sind nur wahr, wenn der Draht neu und "rein" ist.) Mit der Zeit wird der Fehler schlimmer, wenn der Draht von der Atmosphäre in Ihrer Anlage kontaminiert wird und der Draht Temperaturen ausgesetzt ist, die höher oder niedriger als die Drahttoleranzen sind . Es gibt viele Fälle, in denen eine Verunreinigung noch mehr "Drift" verursacht als die ursprüngliche Unsicherheit eines neuen Thermoelementdrahts.

Moore Industries TDZ3 Sender

Moore Industries TDZ3 Sender

Wenn die Unsicherheit, die durch Thermoelemente verursacht wurde einem festen Versatz, könnten wir einfach zu kalibrieren Sie es aus und mit ihm getan werden. Aber, wenn der Fehler in Form von Drift, die im Laufe der Zeit ändert, wird die Kalibrierung eine vorbeugende Wartung Programm, das nur wenige wollen auf zu nehmen. Die meisten Pflanzen bevorzugen, dass zusätzliche Arbeit zu vermeiden, wenn möglich.

Wie bewerten Sie diese Probleme zu lösen? Beginnen Sie mit der Bestimmung, wie viel Fehler wird durch die Thermoelement Verlängerungskabel verursacht werden. Die meisten Menschen übersehen diese Option bis zum Anlagenbetrieb erklärt, gibt es ein Problem oder eine katastrophale Messfehler auftritt. Wir alle wissen, Thermoelemente ausfallen, aber es ist leicht zu vergessen, dass Thermoelement Verlängerungskabel auch nicht. Wenn es das tut, muss er ersetzt werden. Wenn Sie den Verlängerungsdraht mit neuen Verlängerungskabel zu ersetzen, die gleichen Probleme zu verewigen Sie durch die Wiedereinführung des Fehlers und treiben sie verursacht. Sie müssen möglicherweise mit Thermoelementen zu leben, aber Sie nicht haben, um mit Thermoelement Verlängerungskabel zu leben - Sie können es mit anderen Lösungen zu ersetzen.

Zwei Optionen zum Ersetzen von Thermoelement-Verlängerungskabeln sind Temperaturmessumformer und Remote-I / O-Hardware. (Abbildung 1) Beide verwenden Kupferdraht, um ihre Signale zurück zum Kontrollsystem zu transportieren. Im Gegensatz zu Thermoelement-Verlängerungskabel können Sie erwarten, dass das Kupfer die Lebensdauer der Anlage hält. Moderne I / O-Produkte haben ähnliche Leistungsmerkmale wie Sender und können viel Geld sparen. Sie benötigen immer noch kurze Abschnitte des Verlängerungskabels, wenn Sie diese Sender oder I / O-Produkte verwenden. Verwenden Sie in diesen Fällen anstelle eines Standard-Verlängerungskabels ein Spezialthermoelementkabel, um den Fehler weiter zu minimieren.

Kompensieren RTD Anschlussleitung Ungenauigkeiten

Kupferdraht wird für RTD-Anschlussdrähte verwendet. Wenn Sie mit 3-Draht-RTDs vertraut sind, wissen Sie, dass eine Ableitung als Kompensationsleitung bezeichnet wird. Zwischen Kupfer und einer Kompensationsleitung könnte man glauben, dass die RTD-Anschlussleitung nicht zum Messfehler beiträgt.

Leider ist dies nicht der Fall. Kupferdraht kann erhebliche Fehler in einem RTD-Messung verursachen, weil RTDs sind Widerstände und Kupferdraht Widerstand. Es gibt viele Verunreinigungen in einer typischen Prozessanlage, die Korrosion verursachen und dies ändert die Korrosionsbeständigkeit der Kupfer-Blei-Drähten. Diese Widerstandsänderung in dem Leitungsdraht kann Fehler verursachen. Um Leitungsdraht Fehler die Lösung ist, 4-Draht-Widerstandsthermometer verwenden zu beseitigen.

Hier ist warum: Wenn ein dritter Leitungsdraht ist mit dem RTD hinzugefügt, wird die Messung mit der heutigen Elektronik, indem man zwei Spannungsmessungen (wie gezeigt, V1 und V2) gefertigt. Die wichtige Sache zu erinnern ist, dass diese hohe Impedanz Spannungsmessungen. Für alle praktischen Zwecke, gibt es keinen Stromfluss durch diese dritte Leitung; somit R2 tritt nie in der Gleichung. (Abbildung 2)

3-Draht RTD-Diagramm Konstantstromquelle R1 R2 V1 Rot = Hohe Impedanz 100 Ω Pt RTD R4 V2

Abbildung 2. 3-Draht-RTD Diagramm Konstantstromquelle R1 R2 V1 Rot = High Impedance 100 Ω Pt RTD R4 V2

V1 gibt den Wert der Leitungswiderstand R1. V2 ergibt den Wert des RTD + R4 Leitungswiderstand. Subtrahieren V1 von V2 und solange die Leitungswiderstände R1 = R4, bleibt nur der Wert des RTD. Dies ist eine genaue Messung.

Erkennen Sie, dass zu viele Dinge davon ablenken, R1 und R4 identisch zu machen, wenn es auf Genauigkeit ankommt. Drahtstärke-Intoleranz und Kaltverfestigung variieren den Widerstand. Auch wenn während der Installation keine menschlichen Fehler auftreten, wirkt Korrosion ständig gegen die Messung und ist der Hauptgrund, warum R1 nie R4 entspricht. Was passiert also, wenn die Widerstände des Bleis nicht gleich sind?

Wenn der Widerstand Unwucht so gering wie 1 Ohm hat ein 100Ω Pt RTD einen Fehler von etwa ± 4.7 ° F (± 2.6 ° C). Wenn Sie versuchen, einen ± 1 ° F (.55 ° C) Messgenauigkeit zu erreichen, wird diese Korrosion zwischen Ihnen und Erfolg stehen. Sie können Ihr Leben verbringen Kalibrieren diesen Fehler aus oder den Fehler völlig eliminieren mit einem 4-Draht-RTD.

Denken Sie daran, dass die Spannungsmessung hochohmig ist, so dass für alle praktischen Zwecke kein Strom durch R2 und R3 fließt und kein Spannungsabfall auftritt (Abbildung 3). Die Spannung wird nur über den RTD gemessen. R1 und R4 werden niemals gemessen, daher können sie keinen differentiellen Widerstand und keinen Fehler erzeugen. Bei der Verwendung von 4-Draht-RTDs treten praktisch keine Fehler durch die Anschlussleitung auf.

4-Draht-RTDs können einen Leitungsdraht beliebiger Länge haben, und die Leitungen können sich einer ständigen Widerstandsänderung unterziehen und trotzdem keine Messfehler verursachen. Es ist immer noch wichtig sicherzustellen, dass Ihr Gesamtwiderstand nicht die Antriebskapazität Ihrer Konstantstromquelle überschreitet. Typischerweise bieten moderne Tag-Temperatur-Messumformer genügend Strom, um RTD-Schaltungen mit bis zu 3-4K Ohm Gesamtwiderstand zu unterstützen. Wenn der Leitungsdrahtfehler beseitigt ist, können Sie sich auf den Sensor und das Messgerät konzentrieren, um den Fehler weiter zu reduzieren. Der einzige vernünftige Einwand gegen die Verwendung des 4-Wire RTD ist, dass die vorhandene Legacy-Eingangskarte nur 3-Wire RTDs akzeptiert. Dies ist eine alte Technologie und sollte als Ersatz in Betracht gezogen werden.

4-Draht RTD-Diagramm

Abbildung 3: 4-Draht-RTD-Diagramm

Es gibt eine weitere Möglichkeit zu prüfen, wenn Sie nicht in der Lage, 4-Draht-Widerstandsthermometer verwenden sind: Wechsel von 100Ω Pt RTDs zu 1000Ω Pt RTDs. Wie oben in diesem Dokument angegeben, 1Ω Widerstands Ungleichgewicht in den stromführenden Beine eines 100Ω Pt Element erzeugt etwa ± 4.7 ° F (± 2.6 ° C) Fehler. Wenn Sie zu einem 1000Ω Sensor ändern, die wird elbe 1Ω des Ungleichgewichts haben ein Zehntel des Effekts. Die 1Ω Unwuchtfehler auf etwa ± 0.47 ° F (± 0.26 ° C).

Während die Verwendung des 1000Ω 3-Draht-RTD eine große Verbesserung gegenüber der Verwendung eines 100Ω 3-Draht-RTD darstellt, ist es kein Allheilmittel. Wenn sich das Widerstandswiderstand-Ungleichgewicht ändert, führt dies zu einer Änderung der Messgenauigkeit. Das bedeutet, dass Sie immer noch ein Kalibrierungsprogramm benötigen, um den Fehler vorübergehend zu beheben. Das 4-Draht-RTD ist immer noch die einzig beste Lösung, da es alle Leitungsdrahtfehler beseitigt und die Notwendigkeit einer Kalibrierung aufgrund der unvermeidlichen Korrosion eliminiert.

Anlagenlärm

VFDs, Motoren und Funkgeräte erzeugen "normale" Pegel von EMI und RFI, die bei Temperaturmessungen Fehler verursachen können. Thermoelement- und RTD-Signale sind sehr niedrige mV-Signale. Es wird nicht viel Rauschen benötigt, um eine signifikante Verzerrung der Messungen zu verursachen. Wenn Sie diese Signale mit niedrigem Pegel an das Steuersystem zurückverkabelten, verwenden Sie bitte Best Practices, um die Signaldrähte von diesen Signaldrähten fernzuhalten, indem Sie Ableiter, ordnungsgemäße Erdung und physische Trennung verwenden.

Eine bessere Lösung besteht darin, die Niedrigpegelsignale in Hochpegelsignale umzuwandeln, die so nah wie möglich am Temperatursensor liegen. Die gleiche Menge an Rauschen beeinflusst hohe Signale weniger als Signale mit niedrigem Pegel. Signale wie 4-20mA, HART oder RS-485 überstehen die meisten typischen Geräuschpegel.

Die Temperaturmesseinrichtung und Remote I / O

Wenn Sie zum eigentlichen Prozess-Temperaturmessgerät kommen, ist Ihre Fähigkeit, die Genauigkeit deutlich zu verbessern, vorbei. Moderne Temperaturtransmitter und Temperatur-I / O-Systeme von großen Instrumentenfirmen haben ähnliche Leistungsspezifikationen. Wenn Sie versuchen, die Feinheiten zu unterscheiden sind Sie vielleicht diese Spezifikationen zu vergleichen:

  • Je größer die Eingangsauflösung der Messkreis erfassen kann, je kleiner die Änderung in der Sensortemperatur festgestellt werden kann
  • Langzeitdrift spec ist ein Maß für die Stabilität des Senders
  • RTD Der Erregerstrom sollte niedrig sein, um den Selbsterwärmungsfehler zu minimieren
  • Suchen Sie den höchsten Eingangsimpedanz möglich, so dass die Messeinrichtung nicht Strom ziehen
  • Erweiterte Diagnose helfen, Fehler vorauszusagen
Temperaturmessgenauigkeit in Prozessanlagen

Wenn Sie verfolgen das höchste Genauigkeit sind, müssen Sie mit dem letzten Fehler "wie gebaut" im FTE befassen. Der Sender kann verwendet werden, um zu kalibrieren, dass endgültige Offset-Fehler und passen Sie auf die Idealkurve werden. Ein solches Verfahren liefert eine typische Sender und Sensor kombiniert Genauigkeit von weniger als 0.05% der Messspanne.

Wenn Sie einen Temperatursender oder eine Remote-I / O in der Nähe Ihres Sensors platzieren, wird Ihre Temperaturmessung digitalisiert. Sie erstellen zwei Fehler mehr, wenn Sie senden Sie dann dieses Signal an die Steuer oder Datenerfassungssysteme mit 4-20mA:

  1. D / A-Fehler beim Erstellen des 4-20mA auftritt
  2. An der Steuerung beim Ausschalten des Signals zurück, um digitale, tritt ein A / D-Fehler

Verwendung des HART Digitalsignal ist ein Weg, um die Konvertierungsfehler zu vermeiden. Seriellen Modbus oder MODBUS over Ethernet ist eine weitere Option, um den Messwert digital zu halten.

Zusammenfassend mit Sendern und Remote I / O hilft:

  • Beseitigen Sie Fehler von Thermoelement Verlängerungskabel verursacht
  • Fehler durch Rauschen verursacht werden
  • Hält das Signal digital und vermeidet die analoge Konvertierungsfehler

Wenn Sie Temperatursensoren für die Direktverdrahtung zurück zum DCS oder zur SPS führen, bedeutet dies wahrscheinlich, dass Sie nicht für die Temperaturmesswertgeber für jeden dieser Datenerfassungspunkte bezahlen wollten. Wenn Sie stattdessen moderne Remote-I / O-Instrumentierung verwenden, sparen Sie tatsächlich Kosten für Instrumentierung und Verkabelung. Es hat die gleiche Genauigkeit, Umgebungstemperaturspezifikationen und manchmal ähnliche Gefahrenbereichszertifizierungen, die Sie bei Temperatursendern zu einem Bruchteil der Kosten finden würden. Die Remote-I / O digitalisiert alle Temperaturen und kann sie als 32-Bit-Floats über die von Ihnen gewählten physikalischen Layer an den DCS- oder PLC-MODBUS-Port liefern. Remote-I / O eliminiert auch Thermoelement-Verlängerungskabel und alle damit verbundenen Drift-, Fehler- und Ersatzkosten.

Praktische Schritte, um Ihre Messungen zu verbessern

Abschließend sind hier ein paar praktische Schritte Sie unternehmen können, um Ihre Temperaturmessgenauigkeit zu verbessern.

Denken Sie daran, dass diese Schritte auch die Stabilität Ihrer Messung verbessern, wodurch Ihre Kalibrierungskosten minimiert werden.

  • 4-Draht-RTDs die Beseitigung der Fehler, die durch die Kupferleitungsdraht verursacht
  • Verwenden Sie Premium-Klasse Thermoelemente und Premium-Klasse Verlängerungskabel, wenn die Temperatur zu messen erfordert den Einsatz von Thermoelementen
  • Achten Sie darauf, Lärmschutz Installationstechniken, wenn Sie lange Verlängerungskabel Läufe aufweisen
  • Berg Sendern oder Remote I / O, wie in der Nähe der Sensoren wie möglich, um von langThermoElement Verlängerungskabel verläuft, die eine Fehlerquelle sind, haben eine begrenzte Lebensdauer und sind teuer zu ersetzen loswerden
  • Befreien Sie sich von der endgültigen RTD befreien Offsetfehler von Bad Eich
  • Kaufen Sie die höchste Genauigkeit und höchste Stabilität Sender oder I / O Sie sich leisten können
  • Nachdem Sie all das Geld ausgegeben, um das Signal digital erhalten haben, halten Sie es digital, so dass keine Fehler mehr eingeführt

Prozessindustrie Informer

Weitere Nachrichten

Hinterlasse einen Kommentar

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. erforderliche Felder sind markiert *

Diese Seite verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahren Sie, wie Ihre Kommentardaten verarbeitet werden.