Der Temperaturtransmitter ist ein elektronisches Instrument, das im Bereich der industriellen Prozesskontrolle weit verbreitet ist. Seine Hauptfunktion besteht darin, die von Temperatursensoren (z. B. Thermoelementen, Thermowiderständen RTDS oder Thermistoren) erfassten schwachen Signale in standardmäßige industrielle Prozesssignale umzuwandeln (am häufigsten sind 4-20-mA-Gleichstromsignale oder digitale Signale) und dieses Signal dann an Anzeigeinstrumente, Steuerungen, Datenerfassungssysteme oder Aktoren zu übertragen, die sich im Kontrollraum oder in einiger Entfernung befinden.
Das Funktionsprinzip eines Temperaturtransmitters lässt sich in die folgenden Hauptschritte zusammenfassen:
Temperaturwahrnehmung und Rohsignalerzeugung:
Ein Temperatursensor (normalerweise ein Thermoelement oder ein Thermowiderstand wie Pt100) kommt in direkten Kontakt mit dem zu messenden Medium, um dessen Temperaturänderungen zu erfassen.
Thermoelement (T/C): Basierend auf dem Seebeck-Effekt wird bei einem Temperaturunterschied zwischen zwei verschiedenen Metallen am Messende (heißes Ende) und am Referenzende (kaltes Ende) im Schaltkreis ein thermoelektrisches Potential (Millivolt-Spannungssignal, mV) erzeugt, das proportional zum Temperaturunterschied ist.
Wärmewiderstand (RTD): wie Pt100, basierend auf der physikalischen Eigenschaft, dass der Widerstandswert des Metallleiters mit steigender Temperatur zunimmt (positiver Temperaturkoeffizient). Temperaturänderungen führen dazu, dass sich der Widerstandswert ändert (z. B. beträgt er 100 Ω bei 0 Grad).
Thermistoren: Basierend auf der Eigenschaft, dass sich der Widerstandswert von Halbleitermaterialien erheblich mit der Temperatur ändert, werden sie in Typen mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) und positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) eingeteilt.
Signalkonditionierung (Schlüsselschritt):
Verstärkung: Das vom Sensor erzeugte Originalsignal (MV-Pegelspannung oder Widerstandsänderungen) ist extrem schwach. Die elektronische Schaltung im Sender verstärkt es zunächst linear auf einen Standardpegel, der für die anschließende Verarbeitung geeignet ist.
Kompensation des kalten Endes (für Thermoelemente): Das von einem Thermoelement erzeugte thermoelektrische Potenzial ist eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Ende und dem kalten Ende (Referenzende, normalerweise am internen Anschluss des Senders angeordnet). Um eine genaue gemessene Temperatur (relativ zu 0 Grad) zu erhalten, muss der Sender die tatsächliche Temperatur an seinem Anschluss (kalte Endtemperatur) messen, das thermoelektrische Potenzial berechnen, das basierend auf dieser Temperatur kompensiert werden muss, und es dem Originalsignal überlagern (oder einen gleichwertigen Prozess durchführen), um so den Fehler zu beseitigen, der durch die Änderung der kalten Endtemperatur verursacht wird.
Linearisierung: Die thermoelektrische Potential-/Widerstands--Temperaturbeziehung zwischen Thermoelementen und Thermowiderständen ist keine perfekte gerade Linie, weist jedoch einen gewissen Grad an Nichtlinearität auf. Der Messumformer speichert in der Regel die dem Sensortyp entsprechende Linearisierungskurve ab (oder berechnet sie anhand einer Formel). Das verstärkte/kompensierte Signal wird linearisiert, um den gemessenen Temperaturwert direkt und linear darzustellen.
Tiefpassfilterung: Sie entfernt hochfrequentes Rauschen, das möglicherweise im Signal vorhanden ist (z. B. elektromagnetische Störungen, Vibrationsstörungen usw.), um die Stabilität und Genauigkeit des Signals zu verbessern.
Signalumwandlung
Wandeln Sie das analoge Signal (Spannung), das aufbereitet (verstärkt, kompensiert, linearisiert, gefiltert) wurde und die gemessene Temperatur präzise darstellt, in ein Industriestandard-Ausgangssignal um.
Das am häufigsten verwendete Ausgangssignal ist das 4-20-mA-Stromsignal: Das umgewandelte Stromsignal fließt durch die Schleife. Die Nulltemperatur oder die untere Grenze des Bereichs entspricht normalerweise 4 mA und die Volltemperatur entspricht 20 mA. Warum 4-20mA?
4-mA-Nullpunktverschiebung: Es kann problemlos wirklich wirksame niedrige Signale (4 mA) von Sensortrennungsleitungsfehlern (0 mA) unterscheiden.
Starke Entstörung: Im Vergleich zu Spannungssignalen reagieren Stromsignale unempfindlich auf Änderungen des Leitungswiderstands und Spannungsabfälle bei der Übertragung über große Entfernungen und werden weniger wahrscheinlich durch elektromagnetisches Rauschen gestört.
Zwei-Stromversorgung: Viele Sender sind zwei-drahtig aufgebaut, das heißt, sie liefern Strom und übertragen gleichzeitig Stromsignale über zwei Drähte. Der Mindestwert von 4 mA stellt den eigenen Mindestbetriebsstrombedarf des Senders sicher (allgemein als „aktiver Nullpunkt“ bezeichnet).
Signalübertragung
Das umgewandelte Standardsignal (z. B. 4-20 mA) wird über Kabel an das entfernte Ende übertragen. Aufgrund seiner standardisierten Eigenschaften können Kontrollräume oder SPS und andere Geräte dieses Signal direkt empfangen und verarbeiten für:
Zeigen Sie den Temperaturwert an (auf dem Panel-Tisch, DCS/SCADA-Bedienerstation).
Eingabe in den Regler (z. B. einen PID-Regler) für logische Operationen und Regelung.
Wird in der historischen Datenbank gespeichert oder zur Alarmbeurteilung verwendet.
Antrieb des Stellantriebs (falls eine temperaturbasierte Steuerung erforderlich ist).
