פתרון אתגר מדידת הטמפרטורה התעשייתית: כיצד להרחיק גלאי טמפרטורת התנגדות מהפרעות שדה אלקטרומגנטיות חזקות

בתחום בקרת האוטומציה התעשייתית, מדידת טמפרטורה היא קריטית, וגלאי טמפרטורת התנגדות (RTDs), כגלאי הטמפרטורה הנפוצים ביותר בטווח הטמפרטורות הבינוניות והנמוכות, משפיעים ישירות על בטיחות הייצור ואיכות המוצר. עם זאת, הפרעות משדות מגנטיים וחשמליים חזקים היוותה מזמן אתגר טכני עבור מהנדסים רבים. היום, נעמיק כיצד להימנע ביעילות מהתקנת RTDs באזורים עם שדות מגנטיים או חשמליים חזקים כדי להבטיח מדידות טמפרטורה מדויקות ואמינות.

מדוע יש להרחיק RTD משדות אלקטרומגנטיים חזקים?

RTDs מודדים טמפרטורה על סמך המאפיין שההתנגדות של מוליך מתכת משתנה עם הטמפרטורה. מדידה מדויקת זו של שינויי התנגדות רגישה מאוד להפרעות מהסביבה האלקטרומגנטית החיצונית.

בסביבות תעשייתיות כמו תחנות כוח הידרו ותחנות כוח, מתחי יציאות הגנרטור מגיעים בדרך כלל לקילו-וולט. השדות החשמליים החזקים שנוצרו כתוצאה מכך והשדות המגנטיים החזקים הנוצרים על ידי שטף דליפת הרוטור מפריעים קשות ל-RTD ולמערכות מדידת טמפרטורה. נתוני המדידה בפועל מראים כי אות מתח שטף הדליפה המושרה על ידי כמה RTDs נושאי דחף יכול להגיע אפילו ל-110V, מה שהופך את מדידת הטמפרטורה לחסרת משמעות ועלול לגרום נזק לרכיבים אחרים במעגל.

הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI) יכולות לגרום לקריאות טמפרטורה לא יציבות או תנודות, ואפילו אזעקות שווא. במקרים חמורים היא עלולה להוביל להשבתות יחידות מיותרות ולהפסדים כלכליים משמעותיים.

שיטות מעשיות להימנעות ביעילות מהפרעות אלקטרומגנטיות

**מיקום התקנה אופטימלי**

בעת התקנת גלאי טמפרטורת התנגדות (RTD), יש לבחור בקפידה את מיקום נקודת המדידה, תוך הימנעות מאזורים בעלי שדות מגנטיים וחשמליים חזקים. יש להתקין את ה-RTD רחוק ככל האפשר ממקורות חום, שדות חשמליים ושדות מגנטיים חזקים כדי למנוע מגורמים חיצוניים להפריע לתוצאות המדידה.

עבור סביבות אלקטרומגנטיות חזקות קיימות, אם הימנעות מוחלטת אינה אפשרית, שקול לשנות את שיטת ההתקנה של ה-RTD. לדוגמה, השתמש בהתקנה תלויה כדי למנוע מה-RTD מגע עם הלבנים העקשניות של קיר התנור, והשתמש בבידוד בין ה-RTD לתמיכה.

**אמצעי מיגון מקיפים**

מיגון הוא אמצעי יעיל להתנגד ל-EMI. באופן ספציפי, ניתן להשתמש בשיטות הבאות:

ניתן להגן על החוטים המפצים של ה-RTD על ידי העברתם דרך צינור ברזל או חומר מגן מתכתי אחר כדי למנוע הפרעות מהפרעות אלקטרומגנטיות ושדות חשמליים במתח גבוה{{0}. בעת שימוש בשיטה זו, ודא שצינור הברזל וחומר המיגון מקורקעים כראוי, ושחוטי הפיצוי מסובבים יחדיו.

להפרעות שדה מגנטי חזק, מיגון רשת משולב הוא הפתרון היעיל ביותר. לכבלים עבור RTDs (גלאי טמפרטורת נגד) יש הרבה מובילים ארוכים ומספר רב של קישורי ביניים, הדורשים חיווט קפדני. בכל קישור, החוט הממוגן של ההובלה חייב להיות מחובר בצורה מהימנה להארקה המשותפת. חוטי ההובלה צריכים להיות שלושה-כבלי ליבה (או ארבעה-ליבות) עם מגן רשת תיל נחושת וליבות בציפוי-כסף, שתוכננו במיוחד למדידה.

שינוי שיטת העברת האותות

אם אמצעי המיגון אינם מספיקים כדי לפתור ביעילות את בעיית ההפרעות, ניתן לשקול שינוי שיטת העברת האותות.

בשטח או בחדר ה-PC של תחנת השטח, ניתן להתקין ממיר טמפרטורה Pt100 RTD כדי להמיר את אות ההתנגדות Pt100 לאות DC 4-20mA סטנדרטי, ובהתאמה לשנות את ערוץ אות הכניסה של המחשב. מכיוון שלאות DC 4-20mA יש יכולות אנטי-הפרעות חזקות מאוד, שיטה זו יכולה למעשה לחסל הפרעות שנוצרות במהלך שידור האות.

הארקה נכונה

הארקה היא שיטה חשובה להחדרת כדור הארץ כדי למנוע הפרעות. ישנן שתי שיטות הארקה ספציפיות: הארקה של מסוף הייחוס RTD והארקת מסוף מדידת ה-RTD.

שיטת ההארקה של -הפניה כוללת הארקה של קצה אחד של מסוף המוצא RTD (או חוט מפצה) דרך קבל גדול מספיק (ככל שהקבל גדול יותר, כך טוב יותר, אם התנאים מאפשרים). שיטת ההארקה של קצה-המדידה כוללת הובלת חוט מתכת מקצה המדידה של ה-RTD להארקה, מה שמונע למעשה הפרעות דליפות-בטמפרטורה גבוהה. בעת בחירת חוט המתכת, בחר אחד שעמיד בטמפרטורה- גבוהה ואינו מזיק לאלקטרודות RTD.

אופטימיזציה של שיטות החיווט

שיטת החיווט של ה-RTD משפיעה גם על יכולת האנטי-הפרעות שלו.- בבקרת תהליכים תעשייתיים, נעשה שימוש נפוץ בשיטת חיווט של שלושה-תילים, שיכולה לבטל ביעילות את השפעת התנגדות העופרת. מערכת ארבעה-תילים יכולה לבטל לחלוטין את השפעת התנגדות העופרת והיא משמשת בעיקר לזיהוי טמפרטורה-בדיוק גבוה.

הימנע משימוש בשיטת חיווט דו-, מכיוון שמערכת דו-ת תוסיף את התנגדות ההובלה לערך ההתנגדות של ה-RTD, מה שיוביל לשגיאת מדידה מוגברת. לדוגמה, עם כבל של 20 מטר, התנגדות החוט היא כ-3 אוהם, מה שמתורגם לשגיאת טמפרטורה של עד 6 מעלות, שגיאה גדולה מאוד.

אמצעי הגנה נוספים בסביבות מיוחדות

בסביבות מיוחדות מסוימות, נדרשים אמצעי הגנה נוספים:

סביבות-טמפרטורה גבוהה ולחץ-גבוהים: עבור RTDs חיצוניות המותקנים בגובה רב, ודא איטום נאות של הצינור ומוביל למניעת חדירת מים וקצר חשמלי. RTDs המותקנים בטמפרטורות ולחצים גבוהים דורשים בידוד הולם ללידים.

סביבות טבולות בשמן-: עבור RTDs שקועים בנפט לתקופות ממושכות (כגון מיסבי דחף בתחנות כוח הידרואלקטריות), יש לבחור כבלים מבודדים-לשמן ועמידים בפני טמפרטורה- מפוליטטרהפלואורואתילן (FEP). ניתן להשתמש בחומר זה ברציפות בטמפרטורות הנעות בין -250 מעלות ל-250 מעלות ויש לו עמידות מצוינת בשמן, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בחום.

סביבות רטט: בסביבות עם רעידות חזקות, שקול להוסיף התקני הגנה במפגש של כבלי הכבלים וה-RTD, כגון צינורות הגנה קפיציים מחודדים, צינורות גליים והגנה על הארכת חוט משוריין, כדי למנוע שבירת שורשים.