Fordele ved at konvertere RTD- og termoelementsignaler til en 4…20 mA strøm
Termoelement- og RTD-følere bruges i vid udstrækning til måling af temperatur i industrielle processer. I tilfælde hvor disse følere er forbundet direkte med PLC'en, kan målenøjagtigheden være dårligere end forventet. Den manglende nøjagtighed skyldes ofte elektromagnetisk interferens (EMI). Ved konvertering af termoelement- og RTD-signaler til et industristandardiseret 4…20 mA strømsignal kan fejl som følge af EMI imidlertid elimineres effektivt.
De fleste termoelementer genererer et spændingssignal på mindre end 50 mV, og et termoelement har stort set ingen mulighed for at generere strøm. Derfor skal alle enheder, der måler på et termoelement, have en meget høj indgangsmodstand (normalt 1 MΩ eller mere).
Kombinationen af et lavt mV-signal og ingen strøm får termoelementer til at opføre sig som en antenne. Elektrisk støj fra 50/60 Hz netforsyning, burst-støj fra tordenvejr, statisk elektricitet, radiofrekvensinterferens fra bærbare radioer, kommutatorstøj fra DC-motorer og mange andre kilder til elektrisk støj kan "modtages" af et termoelement – og jo længere ledningerne er, desto større mulighed er der for at "modtage" elektrisk støj.
Det samme kan ske ved måling på RTD'er. Det samme kan ske ved måling på RTD'er. Selv om RTD-elementet ganske vist aktiveres af en meget svag konstant forsyningsstrøm (typisk 0,3 mA) går der stort set ingen strøm i følersignalledningerne, der bruges til 3- og 4-tråds RTD'er. Derfor fungerer følersignalledningerne også som antenner og opfanger en lang række forskellige støjsignaler, der er til stede i de industrielle omgivelser.
Nogle symptomer på støjpåvirkede temperatursignaler er, at temperaturmålinger:
- ændrer sig, når en motor eller et varmelegeme i nærheden starter.
- ændrer sig, når en del af en proces aktiveres eller deaktiveres.
- ændrer sig, når en mobil radio sender.
- ændrer sig på grundlag af klokkeslæt eller vejrmønstre.
- ændrer sig på grundlag af placeringen af/retningen på følerledningerne.
Sådan minimeres fejl forårsaget af EMI
En af de bedste måder at minimere fejl som følge af EMI på er at minimere længden på følerledningerne, hvorved "antennens" længde reelt minimeres.
Det opnås ved at måle termoelement- eller RTD-signalet direkte ved føleren og herefter konvertere temperatursignalet til en 4…20 mA strøm. De 4...20 mA måles efterfølgende af et PLC-kort, som typisk har en indgangsmodstand på 250 Ω. Dette vil eliminere fejl som følge af EMI.
Strømmen i et strøm-loop kan påvirkes af elektromagnetisk interferens (EMI) fra f.eks. en transportabel radio. Denne EMI kan øge den normale strøm i blot den ene ende af loopet. Strømmen på den anden side af loopet går imidlertid i den modsatte retning gennem det samme elektromagnetiske felt. Det betyder, at strømmen i den side af loopet reduceres af denne EMI. Nettoeffekten: Strømmen i loopet er praktisk talt upåvirket af EMI.
Præcisionen kan forbedres yderligere ved at sno loop-lederne omkring hinanden. På denne måde sikres det, at begge ledninger er skærmet lige godt mod den elektromagnetiske interferens, og de snoede ledere danner en række magnetfelter, som modvirker hinanden, i kablets længde. Begge faktorer sikrer, at alle kilder til EMI har en ens - men modsat rettet - virkning på loop-strømmen. Takket være dette kan 4…20 mA loops passere gennem områder med kraftig EMI, stort set uden forstyrrelse af det målte signal.
I visse applikationer påvirkes følerledningerne, der går til en styretavle, ikke af EMI, men derimod af en meget kraftig elektromagnetisk interferens indvendigt i styretavlen. Denne interferens skabes af forskellige faktorer som f.eks. motordrev med variabel frekvens, kontrollere til SCR-motorer og -varmere, softstartere til elmotorer, højspændingskontakter og drev til DC-motorer.
Virkningerne af EMI indvendigt i styretavlen kan minimeres ved brug af en DIN-skinnemonteret temperaturtransmitter til konvertering af lavnivau RTD- og termoelementsignaler til et mere robust 4…20 mA signal. Temperaturtransmitterens isolation eliminerer desuden stort set alle fejl forårsaget af common mode-støj (elektrisk interferens, der er fælles for begge følerledninger). Denne løsning muliggør, at de oprindelige følerledninger kan forblive uændrede, samtidig med at nøjagtigheden og repeterbarheden på målinger via det analoge indgangskort forbedres.
Løsning med to transmittere
Det er fordelagtigt at bruge to transmittere: én ved føleren og én i styreskabet. Denne løsning sikrer fremragende immunitet over for EMI, fordi følerledningernes længde minimeres, og derudover kan transmitteren, som er monteret i tavlen, udføre mange forskellige funktioner:
- Tavletransmitteren kan levere et isoleret mA-udgangssignal samt give alarmkontaktsignaler til PLC-kort med analoge og digitale indgange.
- Tavletransmitteren kan udstyres med et baggrundsbelyst display, som kan vise procesværdien, relæstatus samt føler-/loop-fejl. Dette vil reducere tidsforbruget på fejlsøgning og idriftsættelse betragteligt.
- Den tavlemonterede transmitter kan splitte signalet og levere aktive eller passive isolerede 4…20 mA strømsignaler til flere enheder i anlægget.
-
Derudover kan PR-transmittere udføre signaldæmpning, kundelinearisering af ikke-lineære processignaler (f.eks. termistorer), volumenmåling af ikke-lineært formede tanke, matematiske funktioner på to indgangssignaler og meget mere.
