Temperatuurtransmitters en omzetters

Thermokoppels genereren doorgaans zeer kleine signalen - variërend van ongeveer 10 tot 80 microvolt per °C - terwijl 100-ohm RTD's bij een excitatiestroom van 1 mA ongeveer 0,5 millivolt per °C leveren. Afhankelijk van de sensor en de temperatuur kunnen de uitgangsspanningen variëren van enkele honderden microvolt tot 75 millivolt voor thermokoppels, of 250 tot 750 millivolt voor RTD's. Deze signalen op laag niveau zijn zeer kwetsbaar voor elektrische interferentie en signaaldegradatie, vooral wanneer ze over lange afstanden via standaardbekabeling worden verzonden.

Zoals weergegeven in Figuur 7.1 neemt de EMK-uitgang van een thermokoppel toe met de temperatuur, maar blijft in het millivoltbereik - wat uitdagingen oplevert voor meting op afstand:

Hier komen tweeaderige temperatuurtransmitters in beeld. Hun belangrijkste taak is het laagspannings-sensorsignaal te omzetten en versterken tot een standaard 4–20mA-stroomsignaal. Stroomsignalen zijn veel robuuster dan spanningssignalen wat betreft ruisimmuniteit en overdracht over lange kabeltrajecten - vooral in elektrisch rumoerige industriële omgevingen.

Het 4–20mA-signaalformaat biedt verschillende voordelen:

• Het is grotendeels immuun voor elektrische ruis.
• Het wordt niet beïnvloed door spanningsval door kabelweerstand.
• Het maakt het mogelijk goedkope, standaard twisted-pair koperen kabels te gebruiken in plaats van gespecialiseerde compensatie-, verleng- of afgeschermde kabels.

Bij thermokoppeltoepassingen is koude-lascompensatie vaak in de transmitter ingebouwd - ofwel in de kop (voor kop-gemonteerde typen) of in het rek (voor rek-gemonteerde systemen). Hoewel eenvoudige analoge transmitters mogelijk geen signaallinearisatie bieden, doen moderne digitale transmitters dit vaak wel, wat de meetnauwkeurigheid over een breder bereik verbetert.

Transmitters werken door voeding af te nemen van een externe gelijkspanningsbron (meestal 12–30V) en gebruiken de opgenomen stroom om de temperatuur weer te geven. Aan de onderkant van het gekalibreerde bereik neemt de transmitter 4mA op, lineair oplopend tot 20mA aan de bovenzijde van het bereik. Interne elektronica - instelbaar, programmeerbaar of in de fabriek ingesteld - bepaalt welk temperatuurbereik het 4–20mA-signaal vertegenwoordigt.

Omdat ze zowel voeding als signaal via dezelfde twee draden voeren, maken deze transmitters aparte voedingen op afgelegen locaties overbodig - nog een reden waarom 24V-gelijkspanningssystemen een hoeksteen zijn van de industriële automatisering.

Samenvatting

Transmitters zetten laagspanningssignalen van thermokoppels en RTD's om in standaard 4–20mA-stroomsignalen, waardoor nauwkeurige en storingsbestendige temperatuurmeting op afstand mogelijk wordt. Ze bevatten vaak koude-lascompensatie en, bij digitale modellen, signaallinearisatie. Doordat ze via slechts twee draden zowel gevoed worden als signalen verzenden, vereenvoudigen ze de installatie en presteren ze uitstekend in industriële omgevingen.