Com substitueixen els-sensors de temperatura d'estat sòlid els termoparells als escalfadors de PTFE de-generació?

Durant un segle, el termoparell fiable ha estat el pilar de la mesura de la temperatura. Produeix una tensió feble que s'ha d'amplificar amb cura i corregir la unió-fred. Dins dels capçals dels terminals dels escalfadors d'immersió de PTFE, comença a sorgir una nova generació de sensors de temperatura digitals d'estat sòlid-petits que emmagatzemen tota aquesta complexitat en un sol xip de silici. A mesura que els sistemes de calefacció industrial creixen cada cop més vinculats i orientats al diagnòstic-, aquests petits dispositius semiconductors estan alterant l'arquitectura de la mesura de la temperatura.

Dins de la tendència creixent de substitució de l'escalfador de PTFE del sensor de temperatura d'estat sòlid, l'èmfasi està canviant de la interpretació del senyal analògic cap als nodes de detecció digital integrats que simplifiquen la instal·lació, augmenten la coherència i redueixen la complexitat del manteniment.

Per què els termoparells tradicionals dominaven els escalfadors de PTFE
A causa de la seva durabilitat, assequibilitat i capacitat de suportar temperatures extremadament altes, els termoparells s'han convertit en el sensor de temperatura industrial estàndard. En els escalfadors d'immersió de PTFE, els termoparells s'han utilitzat històricament per controlar:

Temperatura del líquid de procés

Temperatura de la funda de l'escalfador

Protecció contra el sobreescalfament

Sistemes{0}}de prevenció d'incendis secs

La idea és senzilla. Dos cables metàl·lics diferents generen una petita tensió proporcional a la diferència de temperatura. Tanmateix, la senzillesa de la punta del sensor produeix una complexitat addicional en altres llocs del sistema.

La complexitat oculta dels termoparells
Un senyal de termoparell és extremadament petit i susceptible al soroll elèctric. Per a un funcionament fiable, necessiteu:

Cable d'extensió especial

Compensació d'unions fredes

Amplificació del senyal

Protecció contra interferències

Pràctiques de posada a terra acuradas

La deriva del senyal i el deteriorament de la connexió poden afegir més incertesa en llargs recorreguts de cable.

A mesura que els sistemes passen a l'automatització digital i les plataformes de manteniment predictiu, aquestes limitacions analògiques es tornen més difícils de gestionar en entorns industrials difícils.

Ascens dels sensors de temperatura digitals d'estat sòlid-
Els sensors de temperatura actuals basats en silici-combinen la comunicació digital, l'amplificació, la detecció i el calibratge en un únic xip semiconductor.

Com funcionen els sensors de temperatura de silici
El concepte bandgap, que estableix que el comportament de tensió previst d'una unió de semiconductors varia amb la temperatura, és utilitzat per molts dispositius. Els circuits interns converteixen aquest comportament directament en una sortida digital calibrada.

El sensor utilitza interfícies estandarditzades com aquestes per comunicar-se digitalment en lloc d'enviar petites tensions analògiques:

I'C

1-Cable

Això afecta tota la filosofia de mesura.

En lloc de ser una font de senyal analògica passiva, el sensor es converteix en un node digital intel·ligent.

Avantatges en aplicacions d'escalfadors de PTFE
La substitució de l'escalfador de PTFE del sensor de temperatura d'estat sòlid és cada cop més popular a causa d'una sèrie d'avantatges útils en els sistemes de processament tèrmic.

Calibració de fàbrica per a la vida
La majoria de sensors digitals destinats a ús industrial es calibran a la planta durant la producció. Els requisits típics de precisió són els següents:

±0,5 graus \\pm 0,5^\\circ\\mathrm{C}±0,5 graus

en els intervals de temperatura, incloent:

•40 graus Menor o igual a T Menor o igual a 125 graus -40 graus Menys o igual a T Menys o igual a 125 graus T \\leq 125 graus −40 graus Menor o igual a T Menys o igual a 125 graus

No hi ha cap necessitat de circuits de compensació de-unió freda ni de calibratge de camp, ja que les dades de calibratge es mantenen internament.

Cablejat simplificat
La comunicació digital elimina el requisit de cables d'extensió de termoparells i connexions sensibles a la polaritat{0}}.

Un cable bàsic de baixa tensió -pode portar:

Força

Dades de temperatures digitals

Informació de diagnòstic

Diversos sensors poden compartir el mateix bus de comunicació, simplificant considerablement els arnes de cablejat de l'escalfador i disminuint el cost d'instal·lació.

Redundància més senzilla
Els dissenys digitals fan que la redundància sigui considerablement més senzilla. Diversos sensors de temperatura poden funcionar amb el mateix cable sense necessitat de canals d'entrada analògics separats.

Això fa possible:

Verificació de dues temperatures

Supervisió redundant de la-temperatura

Enclavaments de seguretat separats

Detecció tèrmica generalitzada

Aquesta redundància s'està tornant rellevant en el processament de semiconductors, l'escalfament químic i les aplicacions de revestiment de precisió.

Integració en conjunts d'escalfadors de PTFE
Els sensors de temperatura digitals es poden integrar físicament als sistemes de calefacció de PTFE utilitzant mètodes d'embalatge similars als termoparells tradicionals.

Puntes del sensor encapsulades en PTFE
El xip semiconductor s'acostuma a col·locar dins d'un petit conjunt de sonda i encaixat dins d'una punta de PTFE o fluoropolímer resistent químicament.

Després d'això, el muntatge es pot posar en:

Thermowells

Tuberia exterior

Ports per al control de la zona freda

Carcasses per a terminals de calefacció

Això permet capacitats de mesura digital mentre es manté la resistència química.

Reacció més ràpida a la calor
El temps de resposta és un benefici inesperat.

En comparació amb els conjunts d'unió de termoparells convencionals, la massa tèrmica d'un xip de sensor de silici és increïblement petita. En algunes circumstàncies, els canvis de temperatura es poden detectar més ràpidament a causa del ràpid escalfament del cos del sensor.

La disminució de la inèrcia tèrmica pot millorar:

Estabilitat del control del procés

Velocitat de detecció{0}}de foc sec

Evitar l'excés de temperatura

Els temps de resposta més ràpids poden donar lloc a toleràncies de procés més petites en sistemes de calefacció químics altament regulats.

Competitivitat de costos amb termoparells
Històricament, els sensors de temperatura de semiconductors es consideraven electrònica especialitzada no adequada per a aplicacions industrials. Aquesta suposició ha canviat ràpidament.

Caiguda dels costos dels semiconductors
La fabricació de semiconductors a gran-escala ha reduït substancialment el preu dels sensors. Els sensors de temperatura digitals moderns ara són comparables amb els termoparells convencionals de la mateixa classe de precisió industrial.

Paral·lelament, l'eliminació de:

Circuits d'unió-freds

Amplificadors analògics

cable especialitzat

Maquinari addicional per a condicionament del senyal

pot reduir encara més el cost global del sistema.

En lloc de ser experimental, la integració s'està tornant atractiva econòmicament per als productors d'escalfadors OEM.

Restriccions de temperatura i control tèrmic
Els sensors-d'estat sòlid encara tenen limitacions tèrmiques importants malgrat els seus avantatges.

Temperatura màxima de funcionament
La majoria dels sensors de temperatura digitals basats en silici estan classificats per a un funcionament continu entre:

125 graus Inferior o igual a Tmax Inferior o igual a 150 graus 125 graus Inferior o igual a Tmax Inferior o igual a 150 graus T_{max} \\leq 150 graus 125 graus Menor o igual a Tmax Inferior o igual a 150 graus

Aquesta limitació presenta problemes a les zones d'immersió directa{0}}d'alta temperatura.

Encara que els mateixos escalfadors d'immersió de PTFE funcionen normalment per sota d'uns 110 graus, els pegats calents aïllats a prop de l'element de calefacció poden superar els límits acceptables dels dispositius semiconductors si l'aïllament tèrmic és inadequat.

Millors ubicacions per a sensors digitals
Per aquest motiu, els sensors-sòlids són especialment adequats per a:

Supervisió de la-zona freda

Tuberia exterior

Bucles de circulació de retorn

Monitorització del capçal terminal

Verificació de la temperatura secundària

Abans d'instal·lar sensors de semiconductors al costat de les zones de la funda que s'escalfen contínuament, és necessari un control tèrmic acurat.

Tanmateix, els termoparells tradicionals tenen avantatges en situacions de-temperatura extremadament alta.

Tendències futures en sistemes de calefacció intel·ligents
El canvi cap a la detecció digital està en línia amb els desenvolupaments més generals de l'automatització industrial.

Els sistemes de calefacció de PTFE emergents incorporen cada cop més:

Diagnòstic incrustat

Manteniment predictiu

Comunicació en xarxa

Vigilància{0}al núvol

Sistemes de control intel·ligents

Com que la mesura ja està disponible digitalment, els sensors de temperatura digitals s'ajusten de manera natural a aquests ecosistemes.

El sensor de temperatura està canviant d'un component de mesura passiu a un dispositiu de comunicació actiu en molts dissenys contemporanis.

En conclusió
En algunes aplicacions d'escalfadors de PTFE, els sensors de temperatura digitals d'estat sòlid-sustitueixen gradualment els termoparells convencionals a causa de la seva capacitat per proporcionar una redundància de baix-cost, millorar la consistència de la mesura i simplificar el cablejat. El condicionament del senyal integrat, les interfícies de comunicació digital com I²C i 1-Wire i el calibratge de fàbrica minimitzen la major part de la complexitat associada als sistemes de termoparells analògics.

Aquests sensors són ideals per a zones fredes, canonades exteriors i sistemes de control intel·ligent, tot i que les restriccions màximes de temperatura encara impedeixen que es col·loquin a prop de les ubicacions de calefacció més càlides. Es preveu que l'adopció continuï creixent a les indústries de processament tèrmic, amb una precisió que normalment arriba a ± 0,5 graus i ara uns costos comparables als sistemes de detecció clàssics.

Els darrers vestigis de l'analògic industrial estan sucumint gradualment a l'astúcia de l'electrònica contemporània.