1 / 59

Temperature Readout

Temperature Readout. D r . Teerawat Thepmanee Automation Engineering, KMITL. Outline. Temperature readout Thermocouple readout RTD readout. Temperature Readout. Electrical signal. Output. Quantity. Readout. Sensors. Temperature Readout. Electrical signal. Output. Quantity.

adem
Télécharger la présentation

Temperature Readout

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Temperature Readout Dr. TeerawatThepmanee Automation Engineering, KMITL

  2. Outline • Temperature readout • Thermocouple readout • RTD readout Temperature readout

  3. Temperature Readout Electrical signal Output Quantity Readout Sensors Temperature readout

  4. Temperature Readout Electrical signal Output Quantity Readout Sensors Temperature readout

  5. Temperature Readout Temperature readout

  6. TC Sensor • TC sensor • Thermocouple • Temperature to Voltage or TC sensor Temperature readout

  7. TC Readout • TC Readout • Voltage to Temperature • 1. Temperature Indicator (display) • - analog • - digital • 2. Temperature Transmitter (Signal) • signal transmission • - Pneumatic 3 to 15 psi • - Electrical signal 4 to 20 mA • - Electrical signal 4 to 20 mA + • Digital signal (HART) • - Digital signal (Fieldbus, Wireless Transmission) Display or K, C,  F or % Signal Temperature readout

  8. TC Readout Concept • TC Type s • J,K,N,T,E,R,S and B • etc. • Output • Display • Transmission I/P O/P • Measuring unit • Voltage meter • Compensations unit • Mechanical reference compensation • Fixed reference temp. • Electrical compensation • Conversion unit • emf to Temperature • - Scaling • - Polynomial equation • Signal condition • - V to I converter • - A to D converter Temperature readout

  9. TC Readout Measuring unit Voltage from TC output KP V= VTM - VTR V Cu KN Temperature readout

  10. Thermoelectric circuit KP KN TM= 100 C TR V Cu At TR = 25 C V = VTM– VTR = V100– V25 = 4.096 – 1.000 = 3.096 mV At TR = 0 C V = VTM– VTR = V100– V0 = 4.096 – 0.000 = 4.096 mV Temperature readout

  11. TC Readout • Compensation unit • V = VTM - VTR • Mechanical reference compensation • Fixed reference temp. • Electrical compensation Temperature readout

  12. Reference Junction • Mechanical Reference Junction Compensate • Fixed reference Junction Temperature (External reference Junction 0 C or 50C) • Electrical Reference Junction Compensate (Internal reference Junction) Temperature readout

  13. I Mechanical Reference Compensate TR = 0 C 50 75 25 C 0 100 N S TR = 0 C TM= 100 C KP 4.096 mV KN Temperature readout

  14. I Mechanical Reference Compensate TR = 25C 50 75 25 C 0 100 N S TR = 25C TM= 100 C KP 3.096 mV KN Temperature readout

  15. I Mechanical Reference Compensate TR = 0 C 50 75 25 C 0 100 N S TR = 0 C TM= 100 C KP 4.096 mV KN Temperature readout

  16. I Mechanical Reference Compensate TR = 0 C 50 75 25 C 0 100 N S TR = 25C TM= 100 C KP 3.096 mV KN Temperature readout

  17. I Mechanical Reference Compensate TR = 25C 50 75 25 C 0 100 N S TR = 25C TM= 100 C KP 3.096 mV KN Temperature readout

  18. Fixed Reference Temperature • Ice Pot • Ice Point cell • Oven Temperature readout

  19. + + Type-K TR _ _ Fixed Reference Temperature0 C Ambient 28 C Ambient 25 C Ambient 30 C Process 0C TM 24.905 20mA 600C 0.000 4 mA V = VTM -VTR V = VTM -VTR = V - V0 = V – V0 = 0.000 – 0.000 = 0.000mV = 24.905 – 0.000 = 24.905mV Temperature readout

  20. + + Type-K TR _ _ Fixed Reference Temperature50 C Ambient 28 C Ambient 25 C Ambient 30 C Process 0C 20mA TM 600C 22.882 -2.023 4 mA V = VTM - VTR V = VTM - VTR = V0 – V50 = V600 – V50 = 0.000 – 2.023 = -2.023mV = 24.905 – 2.023 =22.882mV Temperature readout

  21. TA TM Type-K Electrical Compensation Ambient 25 C 600 C + 23.905 1.000 A/D 24.905 _ Compensate ROM Temperature readout

  22. 0.000 Transmitter + mV/ I Type-K _ Zero Span Electrical Compensation Ambient 0 C Ambient 30 C Process 600C TM 4 -20 mA 0C V = VTM – VTA+VC V = VTM – VTA+VC = V0 – V0+V0 = V600 – V0+V0 = 0.000 – 0.000+0.000 = 0.000mV = 24.905 – 0.000+0.000 = 24.905mV Temperature readout

  23. 1.000 Transmitter + mV/ I Type-K _ Zero Span Electrical Compensation Ambient 25 C Ambient 30 C Process 600C TM 4 -20 mA 0C V = VTM – VTA+VC V = VTM – VTA+VC = V0 – V25+V25 = V600 – V25+V25 = 24.905 – 1.000+1.000 = 24.905mV = 0.000 – 1.000+1.000 = 0.000mV Temperature readout

  24. TC Readout • Conversion unit • V to C • - Scaling • - Polynomial eq. Emf (mV) 24.905 0 T(C) 0 600 T(C) 603 485 V(mV) 20.000 25.000 Temperature readout

  25. TC Readout • Conversion unit • V to C • - Scaling • - Polynomial eq. Emf (mV) T = co + c1E +c2E2 + c3E3 + … + cnEn 24.905 0 T(C) 0 600 Temperature readout

  26. TC Readout • Analog transmitter (4-20 mA) • HART transmitter (Analog + Digital) • Digital transmitter (Digital) Signal condition - V to I converter - A to D converter Temperature readout

  27. RTD sensor • RTD sensor • Resistance Temperature Detector • Temperature to Resistance or RTD sensor Temperature readout

  28. RTD Readout • RTD Readout • Resistance to Temperature • 1. Temperature Indicator (display) • - analog • - digital • 2. Temperature Transmitter (Signal) • signal transmission • - Pneumatic 3 to 15 psi • - Electrical signal 4 to 20 mA • - Electrical signal 4 to 20 mA + • Digital signal (HART) • - Digital signal (Fieldbus, Wireless Transmission) Display or K, C,  F or % Signal Temperature readout

  29. RTD Readout Concept • Input • PRT • Nickel • Copper • Output • Display • Transmission I/P O/P • Measuring unit • Ohm meter • - Wheatstone Bridge method • - Potentionmetric method • Conversion unit • Resistance to Temperature • - Scaling • - Inverse CVD • Signal condition • - V to I converter • - A to D converter Temperature readout

  30. RTD Readout (Measuring unit) RTD Readout Measuring Unit (Ω) Conversion Unit(Ω to C) Signal condition I/P O/P Temperature readout

  31. Resistance measurement Resistance measurement method • Potentionmetric method • Bridge method • etc. Temperature readout

  32. Rs VRs VS R(t) VRt Potentionmetric method R(t) = ( VRt/ VRs ).Rs Temperature readout

  33. Potentionmetric Readout P RTD Transmitter c RTD sensor 4-20 mA CCS V/ I c P RTD Transmitter RTD sensor Temperature readout

  34. 4-20 mA V/ I R1 R2 100 100 a I I b R3 RTD 100 100 RTD bridge Readout R1 RTD = R2 R3 100 100 = 100 100 1 = 1 Temperature readout

  35. RTD Transmitter C 4-20 mA V/ I R1 R2 Temp. 0 C RTD RL1=1 100 100 100 R3 2-wire RTD RL2=1 RTD+ RL1+RL2 R1 = R2 R3 100 100 + 1 + 1 = 100 100 1 ≠1.02 2-wires RTD bridge Readout Temperature readout

  36. RTD Transmitter C Temperature Effect of Lead Resistance 4-20 mA V/ I R1 R2 Ambient temp. Temp. 0 C RTD 100 100 RL1 100 R3 2-wire RTD RL2 Ambient 30C[RL1,RL2=2] Ambient 25 C[RL1,RL2=1] R1 RTD+ RL1+RL2 RTD+ RL1+RL2 R1 = = R2 R3 R2 R3 100 100 +2 + 2 100 100 + 1 +1 = = 100 100 100 100 1 ≠ 1.02 1 ≠ 1.04 2-wires RTD bridge Readout Temperature readout

  37. RTD Transmitter C Temperature Effect of Lead Resistance 4-20 mA V/ I R1 R2 Ambient temp. Temp. 0 C RTD RL1 100 100 3-wire RTD 100 R3 RL2 Ambient 30C[RL1,RL2=2] Ambient 25 C[RL1,RL2=1] R1 RTD + RL1 R1 RTD + RL1 = = R2 R3 + RL2 R3 + RL2 R2 100 100 + 1 100 + 2 100 = = 100 100 + 1 100 100 + 2 1 = 1 1 = 1 3-wires RTD bridge Readout Temperature readout

  38. Temperature Effect of Lead Resistance RTD Transmitter C 4-20 mA V/ I R1 R2 Ambient temp. Temp. 500 C RTD RL1 100 100 100 R3 RL2 Ambient 30C[RL1,RL2=2] Ambient 25 C[RL1,RL2=1] R1 RTD + RL1 R1 RTD + RL1 = = R2 R3 + RL2 R3 + RL2 R2 100 100 280.98 + 1 280.98 + 2 = = 100 100 + 1 100 100 + 2 1 ≠2.79 1 ≠2.77 2-wires RTD with 3-wires Transmitter Temperature readout

  39. RTD Transmitter C Temperature Effect of Lead Resistance 4-20 mA V/ I R1 R2 Ambient temp. Temp. 0 C RTD RL1 100 100 100 RL2 R3 RL3 RL4 Ambient 30C[RL1,RL2=2] Ambient 25 C[RL1,RL2=1] R1 RTD + RL1+RL2 R1 RTD + RL1+RL2 = = R2 R3 + RL3+RL4 R3 + RL3+RL4 R2 100 + 1 + 1 100 + 2 + 2 100 100 = = 100 100 100 + 1 + 1 100 + 2 + 2 1 = 1 1 = 1 4-wires RTD bridge Readout Temperature readout

  40. RTD Transmitter C Temperature Effect of Lead Resistance 4-20 mA V/ I R1 R2 Ambient temp. Temp. 500 C RTD RL1 100 100 100 RL2 R3 RL3 RL4 Ambient 30C[RL1,RL2=2] Ambient 25 C[RL1,RL2=1] R1 RTD + RL1+RL2 R1 RTD + RL1+RL2 = = R2 R3 + RL3+RL4 R2 R3 + RL3+RL4 280.98 + 1 + 1 280.98 + 2 + 2 100 100 = = 100 100 + 1 + 1 100 100 + 2 + 2 1 ≠2.77 1 ≠2.74 4-wires RTD bridge Readout Temperature readout

  41. Error in Resistance measurement • Drift • Hysteresis • Leakage • Reactance • Lead Resistance • Thermoelectric emf. • Electromagnetic Interference (EMI) • Self heating • Stem Conduction Temperature readout

  42. Drift • Drift :เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานตามการเวลามีสาเหตุมาจาก Oxidation , contamination, หรือ Strain • ขจัดให้ลดน้อยหรือทำให้หมดไปด้วยการทำ Annealing ที่ถูกต้อง • ควรบันทึกผลเก็บไว้เพื่อดูทิศทางที่เปลี่ยนแปลง Temperature readout

  43. Hysteresis • Hysteresisเกิดจากความเครียดใน sensing element • ความผิดพลาดมีสัดส่วนเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ • ใน SPRT เกิดขึ้นน้อยมาก • ใน Secondary PRT มีค่าน้อยกว่า 10 mK • การจับอย่างระมัดระวัง จะช่วยลดปัญหาได้ Temperature readout

  44. Leakage current and Reactance • Leakage :วัสดุที่ใช้ทำฉนวนบางชนิด มีความเป็นฉนวนที่อุณหภูมิต่ำแต่นำไฟฟ้าดีที่อุณหภูมิสูงๆ ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านฉนวน • Reactance :จะเกิดขึ้นเมื่อวัดความต้านทานด้วย A.C. ดังนั้นควรใช้ความถี่ต่ำๆในการวัด Temperature readout

  45. Lead resistance • Lead Resistance :ในการวัดแบบ 2 สายต้องระวังเรื่องความต้านทานสายด้วย • ตัวอย่างPRT sensitivity 0.004  / C, ที่ 0 CPRT=100 , 0.2  lead UT = (2x0.2)/(0.004x100) = 1  C Temperature readout

  46. Self heating • Self heating :เกิดจากวิธีการวัดความต้านทานที่ต้องปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปใน Sensor ทำให้เกิดความร้อนที่ตัว sensor เอง • สามารถลดได้โดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าแล้วหยุดปล่อย • หรือการลดกระแสที่ไหลผ่าน sensor ลงแต่จะมีผลกระทบจาก electrical noise และ EMI Temperature readout

  47. current Self heating • T = I2r/ • ตัวอย่าง25  PRT 1mA 0.01 W/C • UT = (0.0012x25)/0.01 • = 0.0025 C Temperature readout

  48. Thermoelectric EMF • Thermoelectric emf. :เกิดจากความแตกต่างของโลหะต่างชนิด เช่นจุดต่อระหว่าง Sensor กับ Terminal จะทำให้เกิดแรงเคลื่อนขึ้นเล็กน้อย Temperature readout

  49. Stem Conduction • Stem Conduction :การสูญเสียความร้อนไปตาม sensor sheath • ความลึกในการจุ่ม = 20 x เส้นผ่าศูนย์กลาง + ความยาวเซนเซอร์ Temperature readout

  50. Electromagnetic Interference (EMI) • Electromagnetic Interference (EMI) :เกิดการรบกวนจากภายนอก หรือ Ground loop ที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน Sheath และ Cable Shield ที่มาจากศักดาทางไฟฟ้าที่ไม่เท่ากัน Temperature readout

More Related