Lectures de temperatura del termoparell inexactes? Tot és causat per les fluctuacions de la temperatura de la unió freda!

En la producció industrial diària, els termoparells, com a veterans en la mesura de la temperatura, s'utilitzen àmpliament en diversos entorns-d'alta temperatura. Tanmateix, molts enginyers es troben amb un mal de cap: resultats de mesura inexactes. La causa principal, en el 90% dels casos, rau en la "compensació de la temperatura de la unió freda".

I. Per què és necessària la compensació de la unió freda?

La mesura de la temperatura del termoparell es basa en l'"efecte termoelèctric": quan dos metalls diferents formen un circuit, com més gran és la diferència de temperatura entre els dos extrems, més fort és el potencial termoelèctric generat (senyal mV). No obstant això, hi ha una premissa oculta: la taula de calibratge del termoparell està configurada a una temperatura d'unió freda t₀=0 grau !

Si la temperatura de la unió freda (normalment a la caixa de connexió) es desvia de 0 graus, el potencial termoelèctric introduirà error. Per exemple, amb un termoparell de tipus K, per cada augment de 10 graus de temperatura de la unió freda, l'error de mesura augmenta aproximadament 2,5 graus. Suposant que la temperatura real de la unió freda és de 30 graus, però el sistema predeterminat és t₀=0 graus, quan es mesura un objecte a 100 graus, el valor mostrat només pot ser de 70 graus, un error de fins a 30 graus!

Una planta química va experimentar una fallada de compensació de la unió freda on el DCS mostrava 800 graus, mentre que la temperatura real del forn de piròlisi havia arribat als 950 graus, provocant que els tubs del forn es sobreescalfessin i es deformessin, donant lloc a pèrdues greus.

II. Mètodes comuns de compensació de la unió freda

Per resoldre el problema de les fluctuacions de temperatura de la unió freda, s'utilitzen habitualment els mètodes següents:

1. Mètode de cable de compensació (més utilitzat)

El nucli del mètode de cable compensador és utilitzar cables metàl·lics econòmics amb les mateixes característiques termoelèctriques que els termoparells per estendre la unió freda des de la-zona d'alta temperatura fins a la sala de control-estable de temperatura (p. ex., 25 graus ± 5 graus).

Precaucions: el cable compensador ha de coincidir amb el tipus de termoparell (p. ex., termoparell tipus K- amb cable compensador KX) i prestar atenció a "positiu a positiu, negatiu a negatiu". Una central elèctrica va experimentar una vegada un error de valoració de la temperatura de la turbina que superava els 100 graus a causa de les connexions de cable de compensació invertides. En general, la longitud del cable compensador no ha de superar els 15 metres; en cas contrari, s'hauria de considerar un transmissor de temperatura.

2. Mètode de compensació pont

Quan la temperatura de la unió freda fluctua significativament (per exemple, en instal·lacions exteriors), els cables de compensació poden no ser suficients. El mètode de compensació del pont utilitza un pont desequilibrat per generar tensió, compensant els efectes de les variacions de temperatura de la unió freda.

Notes importants: el punt d'equilibri del pont de compensació s'ha d'establir a 0 graus i la font d'alimentació ha de ser estable (fluctuació inferior o igual al 0,1%); en cas contrari, s'introduiran nous errors. Una planta d'acer va experimentar un error de mesura de la temperatura superior a 15 graus a causa de les fluctuacions de la font d'alimentació. Es recomana calibrar almenys una vegada a l'any.

3. Mètode de bany de gel (utilitzat habitualment als laboratoris)

La unió freda del termopar es col·loca en una mescla{0}}d'aigua gelada per garantir una temperatura constant de 0 graus. Aquest mètode ofereix una alta precisió, però és costós i incòmode de mantenir, principalment adequat per a mesures de precisió en laboratoris.

4. Mètode de correcció de càlcul

Es mesura la temperatura real de la unió freda TH i la correcció es calcula mitjançant la fórmula EAB(T,0)=EAB(T,TH) + EAB(TH,0). Aquest mètode és adequat per a sistemes automatitzats o per a la mesura de temperatura basada en ordinador-.

5. Mètode de compensació del programari

En els sistemes moderns de mesura de temperatura, sensors com els termistors controlen la temperatura de la unió freda i el senyal s'introdueix a un ordinador per a la correcció automàtica mitjançant algorismes de programari. Aquest mètode és flexible i precís, especialment adequat per a la mesura de la temperatura en diversos-punts.

III. Com triar el mètode de compensació més fiable i econòmic?

L'elecció d'un mètode de compensació de la unió freda requereix una consideració exhaustiva de les fluctuacions de la temperatura ambient, els requisits de precisió i el cost:

Per a entorns interiors amb petites fluctuacions de temperatura (com ara tallers de temperatura constant): el mètode de cable compensador combinat amb la compensació automàtica interna de l'instrument o el mètode de correcció de càlcul és una opció relativament econòmica i fiable. Pot portar la unió freda a un entorn estable, amb un cost relativament baix i una implementació senzilla.

Per a llocs exteriors o industrials amb grans fluctuacions de temperatura: el mètode de cable compensador combinat amb el mètode de compensació del pont o el mètode de compensació del programari és més fiable. La compensació del pont pot respondre dinàmicament als canvis de temperatura, mentre que la compensació del programari té una gran precisió i pot gestionar situacions complexes. Tot i que aquest últim pot tenir una inversió inicial lleugerament superior, pot evitar de manera efectiva les pèrdues més grans causades per errors de mesura.

Per a laboratoris o aplicacions que requereixen una gran precisió: el mètode del bany de gel té la major precisió, però també el cost més elevat. L'elecció s'ha de basar en el pressupost i els requisits de precisió.

IV. Llista de comprovació pràctica

Abans d'implementar la mesura de la temperatura, s'aconsella comprovar ràpidament el següent:

El model de cable compensador és totalment compatible amb el termopar?

La caixa de connexió es troba lluny de fonts de calor (més o igual a 50 cm)? Hi ha aïllament tèrmic?

Si s'utilitza un pont compensat, quan va ser l'últim calibratge?

En l'entorn operatiu, la temperatura de la unió freda fluctua més de 5 graus/h? (Si és així, considereu un esquema de compensació més estable o mesures de control de temperatura.)

La configuració predeterminada de temperatura de la unió freda al DCS/instrument de visualització del vostre sistema de mesura és de 0 graus? (La configuració necessita confirmació.)