上海維連電子科技有限公司
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閱讀：17發布時間：2025-1-26
實現精度可靠性級噪音的溫度通信
從溫度傳感器到控制室的通信應設計為提供的可訪問性、靈活性、可靠性和準確性。傳統上被認為是的解決方案會產生嚴重的后果和隱性成本。在這里，我們看看智能變送器和無線通信的出現如何為更好的通信、更低的安裝和生命周期成本以及過程性能改進打開了大門。
與過程工廠中傳感器數量相匹敵或超過流量的見過程測量是溫度。蒸餾塔可能有四個或更多的溫度傳感器來尋找的溫度控制塔板，而流化床反應器可能會選擇 10 個或更多溫度傳感器中的一個來處理熱點。過去，的硬件用于將溫度傳送到控制室，而沒有意識到對測量精度、噪聲和可靠性的影響。
事實上，早期的分布式控制系統 (DCS) 通過將熱電偶 (TC) 直接連接到可以處理 16 或 32 個輸入的 DCS TC 輸入卡來消除溫度變送器的成本，這在一定程度上是合理的。由于 12 位寬范圍輸入卡和 10 o 的偏移，在引入 0.35 o F 的步長（模擬到數字轉換器噪聲）方面的結果是災難性的F 或更多由于傳感器和引線錯誤的差異。來自電磁干擾的噪聲很普遍。無法再使用微分動作，必須降低 PID 增益。色譜柱和反應器溫度誤差以及由此產生的成分誤差導致工藝性能不佳和產品不合格。在許多情況下，調整溫度設定點以補償誤差，并添加信號濾波器以減少增加總環路死區時間的噪聲。
信號傳輸
為了對控制、安全或監控應用有用，溫度測量信號必須從測量點傳送到過程的控制系統。見的兩種方式是：
●變送器– 傳感器與變送器連接很短的距離或直接連接到變送器，在那里其信號被轉換為數字、4-20 mA 或無線信號。轉換后的信號輸出然后通過傳輸線或無線網絡傳送到控制系統。
●直接連線– 傳感器的導線連接到控制系統的整個距離。沿途不發生信號轉換。
使用溫度變送器而不是直接連接到控制系統的熱電偶和 RTD 輸入卡的好處是：
●提供更穩健的信號——來自變送器的 4-20 mA 或數字信號輸出比直接連線的傳感器信號更穩健。噪聲干擾對 4–20 mA 或數字信號的影響較小。
●測量精度是的– 變送器提供比直接布線更高的測量精度。例如，傳感器可以與變送器匹配（變送器傳感器匹配），從而提高溫度測量的準確性。溫度跨度可以縮小以匹配過程操作范圍（對于具有 12 位輸入卡的舊 DCS 來說意義重大）。
●更低的安裝和維護成本 -變送器安裝通常比直接連接傳感器便宜，因為可以節省布線成本和安裝（傳感器線，尤其是 TC 線相對昂貴）。此外，通過增強變送器的功能和診斷能力，強大的信號和準確的測量可以節省時間和金錢。
●更好的過程性能——更高的準確性和可靠性以及更低的噪音減少了過程可變性并增加了生產時間。
建議使用變送器代替 TC 或 RTD 輸入卡，通過將校準和非線性補償與傳感器相匹配、縮小量程、降低噪聲和提供診斷來大大提高精度和可維護性。
數字通信的使用允許使用單個變送器進行多個溫度測量并將這些測量返回到控制系統的額外靈活性。有一些溫度設備專為利用此功能而設計，提供測量四個、八個或可能更多個單獨溫度的能力。見的通信技術是 HART®（包括 WirelessHART™）等標準協議。
WirelessHART（可尋址遠程傳感器）網絡的可靠性、安全性和易于設置，加上新通信規則和PID增強帶來的電池壽命延長，使無線通信成為一個很好的選擇。大多數過程中的溫度變化非常緩慢，刷新時間可以設置為比其他類型的循環更長，從而延長電池壽命。此外，與其他回路相比，溫度回路中的噪聲幅度和周期通常非常小，除非存在兩相（例如，液體和氣體）或混合不良（例如，均勻性差——由于攪拌不足導致可變性增加），從而減少了數量由噪音觸發的異常更新，這也延長了電池壽命。
技術的溫度通信可以降低安裝成本并減少錯誤和噪音。智能變送器的出現使得將變送器直接安裝在熱電偶套管上更具吸引力。一體式安裝與無線選項的結合為過程性能改進創造了的機會。這篇文章提供了一些一般指導。有關更多詳細信息，包括用于預測八個測量誤差源的方程式，請參閱 Greg McMillan 的 ISA 書籍高級溫度測量和控制，第二版。
現場安裝變送器
現場安裝式變送器是所有變送器類型中的。其堅固的外殼可防止腐蝕和潮濕。一些現場安裝變送器將電子元件安裝在雙室外殼中，這將它們與濕度的影響隔離開來。雙室變送器是在惡劣環境中使用的設計。現場安裝變送器可以整體安裝或遠程安裝。
在整體安裝中，變送器通過螺紋管接頭和管接頭直接安裝在熱電偶套管上，以便輕松拆卸傳感器。由于當今的智能變送器極其可靠且具有極低的漂移率，從而將校準間隔縮短至 5 年以上，因此可以遠程查看診斷，并且可以遠程完成校準，因此大大減少了將變送器置于地面的需求。變送器的整體安裝降低了安裝成本并消除了由引線和附加終端引入的錯誤和噪聲。
●一體式安裝– 變送器直接擰到傳感器上（直接安裝到美式 [1/2 英寸 NPT] 傳感器上，使用管接頭）。
●遠程安裝- 變送器安裝在傳感器附近的管架或其他支架上。當測量點不可接近或過程環境過于惡劣以至于變送器無法直接安裝在傳感器頂部時，遠程安裝。
在可及性和溫度允許的情況下，智能變送器的整體安裝提高了測量精度和可靠性。
一體式安裝和無線變送器的使用提供了靈活性和便攜性，可用于監控單元操作效率，并以最少的過程死區時間找到代表性和的測量位置。只要有管道連接或設備噴嘴，以及到 Gateway 設備接入點或附近用于設備跳躍的無線變送器的視線，都可以在測試基礎上安裝帶有無線變送器的傳感器，并探索和量化好處。可以對數據分析、設備監控和單元操作控制方面的改進進行原型設計，并記錄“之前”和“之后”案例。
無線變送器的集成安裝為在線過程和設備性能指標以及測量位置的優化提供了靈活性和便攜性。
頭戴式變送器
頭戴式變送器是小型的圓盤形變送器。它們通常安裝在保護外殼中——用于直接安裝的連接頭或用于遠程安裝的接線盒。
軌道式變送器
導軌安裝式變送器設計為連接到 DIN 導軌（G 導軌或頂帽導軌）或直接擰到墻上。導軌安裝式變送器還設計為緊湊型安裝，允許將多個變送器非常緊密地安裝在一起。
直接接線
如前所述，直接接線是指將傳感器的引線接線回控制系統。由于傳感器的引線（和原始信號）從測量點到控制系統的整個距離都經過，因此必須注意避免兩個關鍵問題：
●噪音– TC 對噪音干擾特別敏感，延長線必須圍繞發電機和電機等源布線。
●熱源——環境溫度的巨大變化會影響傳感器的信號傳輸到控制系統。
●引線電阻——RTD溫度傳感器 引線的總電阻和RTD溫度傳感器 引線的電阻差會影響RTD溫度傳感器 精度。3 線制變送器輸入可以補償總引線電阻。4 線變送器輸入可以補償引線電阻的差異。
使用現場變送器進行對過程分析和控制很重要的所有溫度測量。如果不受可接近性或溫度的限制，變送器應整體安裝在熱電偶套管上，使用管接頭，以提高傳感器的可拆卸性。考慮找到測量位置的可能性，并探索和原型設計附加溫度測量的潛在好處，以通過使用便攜式無線一體式安裝變送器來提高過程性能。
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