Genaue Darstellung von Prozessvariablen
Die genaue Darstellung von Prozessvariablen ist aus mehreren Gründen wichtig. Prozess- und Automatisierungssicherheit, Erträge, Qualität und Effizienz werden durch die Genauigkeit des Messwertes beeinflusst.
Daher ist es unerlässlich, dass bei der Planung und Konstruktion von Prozesssteuerungssystemen Komponenten mit hervorragenden Genauigkeitsspezifikationen unter den verschiedensten Umgebungsbedingungen eingesetzt werden.
Nehmen wir das Beispiel der Temperaturmessumformer.
Die genaue Messung der Temperatur ist für die Sicherheit und Effizienz vieler industrieller Prozesse in der Chemie-, Stahl-, Pharma- sowie der Öl- und Gasindustrie, um nur einige zu nennen, von grundlegender Bedeutung.
Die sehr kleinen Signale von Temperatursensoren, wie Thermoelementen und WTH, bedeuten, dass häufig ein Temperaturmessumformer verwendet wird, um sowohl die entsprechenden mV- oder Widerstandssignale in ein stabileres 4-20-mA-Signal umzuwandeln, als auch, um eine verbesserte Signalstörfestigkeit zu gewährleisten.
Wie genau der Temperaturmessumformer das Sensorsignal umwandeln und weiterleiten kann, ist daher ein wichtiger Faktor für die Gesamtgenauigkeit der Prozessschleife.
Die Genauigkeit von Temperaturmessumformern wird durch eine Reihe von externen und internen Faktoren beeinflusst. Beispiele für externe Faktoren sind HF-Störungen, Umgebungstemperatur, Stromversorgung und Induktionsstörungen. Intern wirken sich auch nichtlineare Komponenten, Eigenerwärmung oder Eigenrauschen nachteilig auf die Genauigkeit eines Geräts aus.
Die Qualität der mechanischen und elektrischen Konstruktion eines Temperaturmessumformers bestimmt, wie wirksam diese verschiedenen Faktoren unterdrückt werden, und damit auch, wie genau Ihr Prozesswert dargestellt wird.
Alle genannten Faktoren tragen zur Genauigkeit eines Temperaturmessumformers bei und müssen daher bei jeder Berechnung der Umformergenauigkeit berücksichtigt werden.
Schauen wir uns einige dieser Einflüsse genauer an:
Temperaturkoeffizient:
Alle Elektrogeräte werden durch Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflusst. Die Hersteller kalibrieren ein Gerät normalerweise bei Raumtemperatur (+20°C). Je weiter die Umgebungstemperatur jedoch von der Kalibrierungstemperatur abweicht, desto größer ist die Ungenauigkeit.
Der Temperaturkoeffizient ist der Begriff, der zur Quantifizierung der Auswirkung auf die Genauigkeit verwendet wird. Der Temperaturkoeffizient kann z.B. in % der Spanne/°C oder °C/°C angegeben werden.
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| Die Messgenauigkeit ändert sich, wenn die Umgebungstemperatur von der Temperatur abweicht, bei der das Gerät im Werk kalibriert wurde. |
| Beispiel: Tkoeff = 0,01 °C/°C, TUmg = 35°C, Kal = 20°C Tkoeff = 0,01 x (35-20) = 0,15°C |
Je niedriger der Temperaturkoeffizient, desto genauer und stabiler ist der Umformer über schwankende Umgebungstemperaturbereiche hinweg.
Linearitätsfehler:
Dieser wird normalerweise als z. B. ±0,1% der Spanne angegeben. Dies ist die maximale Fehlerspanne, die der Umformer von der Idealkurve hat.
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| Der Linearitätsfehler ist der maximale Grenzwert, innerhalb dem der aktuelle Fehler schwingen darf. Der Fehler nimmt bei Messungen in höheren Temperaturbereichen zu. |
Nichtlinearität und Wiederholbarkeit sind normalerweise in den Genauigkeitswerten enthalten, die in Datenblättern und Handbüchern von Temperaturmessumformern angegeben sind.
Typische und „Worst-Case“-Genauigkeiten:
Wenn eine Genauigkeit getestet wird, wird normalerweise nur der zu testende Parameter geändert. Alle anderen Parameter werden konstant gehalten, um ein eindeutiges Bild von der Wirkung des Parameters zu erhalten.
Die Genauigkeiten können sich im Vergleich zum Idealwert in positiver oder negativer Richtung unterscheiden. Eine typische Genauigkeit wird daher z. B. als Quadratsumme der einzelnen Variablen berechnet.
Die Worst-Case-Genauigkeit gibt die Summe der Abweichungen an, wobei theoretisch angenommen wird, dass sich alle Fehler in die gleiche Richtung bewegen, in der der größtmögliche Fehler auftritt.
Berechnungsbeispiel:
| Temperatureingang | Pt100 Ω |
| Temperaturbereich | 0...150°C |
| Umgebungstemperatur, Tamb. | 35°C |
| Genauigkeit | <±0,18°C |
| Temperaturkoeffizient | <±0,01°C/°C |
| Calibration temperature | 20°C |
| Temperaturkoeffizient | = 0,01 x (35-20) = ±0,15°C |
Typische Genauigkeit (nach Formel):
Worst-Case-Genauigkeit (gemäß Formel):
*Zusätzliche Ungenauigkeiten aufgrund von Stromversorgungsabweichungen und EMV können bei Berechnungen ebenfalls berücksichtigt werden, wenn sie im Produktdatenblatt detailliert aufgeführt sind.
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Je nach Hersteller werden Genauigkeitsspezifikationen oft durch unterschiedliche Terme oder Einheiten dargestellt; wenn Sie also die Genauigkeitsspezifikationen zweier Produkte vergleichen wollen, ist es wichtig, in identische Terme umzurechnen, um einen zuverlässigen Bezugsrahmen zu erhalten.
PR electronics bietet eine Reihe von Temperaturmessumformern mit bewährt hoher Genauigkeit, einschließlich der intelligenten Temperaturmessumformer 5437 und 6437, die die höchste Genauigkeit auf dem Markt über die größte Bandbreite an Eingangsarten hinweg bieten. |
