Sıcaklık vericisi, endüstriyel proses kontrolü alanında yaygın olarak kullanılan elektronik bir araçtır. Temel işlevi, sıcaklık sensörleri (termokupllar, termal dirençler RTDS veya termistörler gibi) tarafından tespit edilen zayıf sinyalleri standart endüstriyel proses sinyallerine (en yaygın olanı 4-20 mA DC akım sinyalleri veya dijital sinyallerdir) dönüştürmek ve ardından bu sinyali kontrol odasında veya belirli bir mesafede bulunan görüntüleme aletlerine, kontrolörlere, veri toplama sistemlerine veya aktüatörlere iletmektir.
Bir sıcaklık vericisinin çalışma prensibi aşağıdaki temel adımlarla özetlenebilir:
Sıcaklık algısı ve ham sinyal üretimi:
Bir sıcaklık sensörü (genellikle bir termokupl veya Pt100 gibi bir termal direnç), sıcaklık değişikliklerini algılamak için ölçülen ortamla doğrudan temasa geçer.
Termokupl (T/C): Seebeck etkisine bağlı olarak, ölçüm ucunda (sıcak uç) ve referans ucunda (soğuk uç) iki farklı metal arasında sıcaklık farkı olduğunda, devrede sıcaklık farkına orantılı bir termoelektrik potansiyel (milivolt-seviye gerilim sinyali, mV) üretilecektir.
Termal direnç (RTD): Pt100 gibi, metal iletkenin direnç değerinin artan sıcaklıkla arttığı fiziksel özelliğe (pozitif sıcaklık katsayısı) dayanır. Sıcaklık değişiklikleri direnç değerinin değişmesine neden olur (örneğin 0 derecede 100Ω).
Termistörler: Yarı iletken malzemelerin direnç değerinin sıcaklıkla önemli ölçüde değişmesi özelliğine göre negatif sıcaklık katsayılı (NTC) ve pozitif sıcaklık katsayılı (PTC) tiplere ayrılırlar.
Sinyal koşullandırma (ana adım):
Amplifikasyon: Sensör tarafından oluşturulan orijinal sinyal (MV-seviye voltajı veya direnç değişiklikleri) son derece zayıftır. Vericinin içindeki elektronik devre, onu ilk önce doğrusal olarak sonraki işlemlere uygun standart bir seviyeye yükseltir.
Soğuk uç telafisi (termokupllar için): Bir termokupl tarafından üretilen termoelektrik potansiyel, sıcak uç ile soğuk uç arasındaki sıcaklık farkının bir fonksiyonudur (referans uç, genellikle vericinin iç terminalinde bulunur). Doğru ölçülen bir sıcaklık elde etmek için (0 dereceye göre), vericinin terminalindeki gerçek sıcaklığı (soğuk uç sıcaklığı) ölçmesi, bu sıcaklığa göre telafi edilmesi gereken termoelektrik potansiyeli hesaplaması ve bunu orijinal sinyal üzerine bindirmesi (veya eşdeğer bir işlem) ve böylece soğuk uç sıcaklığındaki değişikliğin neden olduğu hatayı ortadan kaldırması gerekir.
Doğrusallaştırma: Termokupllar ve termal dirençler arasındaki termoelektrik potansiyel/direnç-sıcaklık ilişkisi mükemmel bir düz çizgi değildir ancak belirli bir derecede doğrusal olmama durumu vardır. Verici genellikle sensör tipine karşılık gelen doğrusallaştırma eğrisini içeride saklar (veya bunu bir formül kullanarak hesaplar). Güçlendirilmiş/telafi edilmiş sinyal, ölçülen sıcaklık değerini doğrudan ve doğrusal olarak temsil edecek şekilde doğrusallaştırılır.
Alçak-geçişli filtreleme: Sinyalin kararlılığını ve doğruluğunu artırmak için sinyalde mevcut olabilecek yüksek-frekanslı gürültüyü (elektromanyetik girişim, titreşim girişimi vb.) ortadan kaldırır.
Sinyal dönüşümü
Koşullandırılmış (yükseltilmiş, telafi edilmiş, doğrusallaştırılmış, filtrelenmiş) ve ölçülen sıcaklığı tam olarak temsil eden analog sinyali (voltajı) endüstriyel standart bir çıkış sinyaline dönüştürün.
En yaygın kullanılan çıkış sinyali 4-20mA akım sinyalidir: dönüştürülen akım sinyali döngü boyunca akar. Sıfır sıcaklık veya aralığın alt sınırı genellikle 4mA'ya karşılık gelir ve tam ölçekli sıcaklık 20mA'ya karşılık gelir. Neden 4-20mA?
4mA sıfır ofseti: Gerçekten etkili düşük sinyalleri (4mA) sensör bağlantı kesme hattı hatalarından (0mA) rahatlıkla ayırt edebilir.
Güçlü -parazit önleme: Gerilim sinyalleriyle karşılaştırıldığında akım sinyalleri, kablo direncindeki değişikliklere ve uzun-mesafeli iletim sırasındaki gerilim düşüşlerine karşı duyarlı değildir ve elektromanyetik gürültü tarafından etkilenme olasılıkları daha azdır.
İki-kablolu güç kaynağı: Birçok verici iki-kablolu tasarımı benimser; yani iki kablo üzerinden aynı anda güç sağlar ve akım sinyallerini iletirler. Minimum 4mA değeri, vericinin kendi minimum çalışma akımı gereksinimini sağlar (genellikle "aktif sıfır noktası" olarak anılır).
Sinyal iletimi
Dönüştürülen standart sinyal (4-20mA gibi) uzak uca kablolar aracılığıyla iletilir. Standartlaştırılmış özellikleri nedeniyle, kontrol odaları veya PLCS ve diğer ekipmanlar bu sinyali aşağıdakiler için doğrudan alabilir ve işleyebilir:
Sıcaklık değerini görüntüleyin (panel tablosunda, DCS/SCADA operatör istasyonunda).
Mantıksal işlemler ve düzenleme için denetleyiciye (PID denetleyici gibi) giriş.
Geçmiş veritabanında saklanır veya alarm değerlendirmesi için kullanılır.
Aktüatörü çalıştırın (sıcaklığa- dayalı kontrol gerekiyorsa).
