Jak działają cyfrowe kalibratory termopar?

Temperatura jest bardzo ważnym pomiarem w dzisiejszym złożonym świecie przemysłu przetwórczego do tego stopnia, że wiele firm wymaga rutynowej walidacji systemów pomiarowych temperatury, tak często jak jest to możliwe. Na szczęście istnieje jednak kilka sposobów na spełnienie tego wymogu.

Firma może stosować wzorce fizyczne, takie jak kąpiele lodowe czy wrzącą wodę. Chociaż brzmi to jak prosty proces do wykonania, są to metody podatne na błąd, gdy są stosowane przez niedoświadczonych pracowników. Można też założyć laboratorium metrologiczne i zatrudnić odpowiednio wykształconych pracowników. Taki sposób wydaje się być najlepszą drogą, ale może być również kosztowny w utrzymaniu.

Kierunek, w którym zmierza wiele firm sprowadza się do zakupu cyfrowego kalibratora termopar, który posiada certyfikat kalibracji ISO 17025. Kalibracja ISO 17025 jest często wymagana w celu sprawdzenia, czy kalibrator termopar będzie spełniał ogólne wymagania dokładności określone w normach lub wewnętrzne wymagania danej firmy.

Kalibrator termopar może być łatwo wprowadzony pod nadzór metrologiczny i używany przez pracowników działu jakości. Dodatkowo warto wspomnieć, że typowe okresy kalibracji wynoszą 1, 2 lub 3 lata.

Kolejną zaletą korzystania z kalibratora termopar jest to, że zespół wsparcia technicznego dystrybutora i producenta może udzielić Państwu szczegółowej pomocy i odpowiedzieć na wszelkie pytania dotyczące funkcjonalności i działania urządzenia. Dzisiejsze cyfrowe kalibratory termoparowe ewoluowały od prostego symulatora termoelementów do wysoko precyzyjnych, wielofunkcyjnych narzędzi.

Więcej szczegółów na temat wyświetlania i dostępnych funkcji znajdziecie Państwo w załączniku artykułu.

Jak działają cyfrowe kalibratory termopar

Rys. 1. Nowy kalibrator termoparowy firmy TEGAM – model 945

Kalibratory termopar - najważniejsze funkcje

- Obsługa wielu typów termopar

Pamiętaj o wyborze modelu kompatybilnego z typami termopar, których używasz na co dzień.

Kalibratory termopar firmy TEGAM są dostępne przykładowo w modelu podstawowym (940), który obsługuje termopary typu J, K, T i E (są to cztery najpopularniejsze typy termopar).

Model droższy (945) obsługuje 14 lub więcej rodzajów tych elementów pomiarowych. Jeśli więc jesteś inżynierem wykonującym pomiary temperatury i kalibracje, będziesz potrzebować modelu z większą ilością obsługiwanych sond, aby również kalibrować wolframowe i platynowe typy termopar zwykle używane w pomiarach wysokich temperatur.

- Precyzyjne działanie w trybie źródła (SOURCE)

Kalibrator termopar powinien być również precyzyjnym miernikiem temperatury. Modele kalibratorów termopar TEGAM 940 i 945 mają rozdzielczość pomiarową wynoszącą 0,01°, dzięki czemu można łatwo zobaczyć oscylacje temperatury lub stabilność systemu. Kalibrator stymuluje sygnał termopary SOURCE (niskie i stabilne napięcie).

Kalibratory są poręcznym narzędziem, ponieważ można je obsługiwać jedną ręką. To ergonomiczne rozwiązanie znacznie ułatwia pracę inżynierom. Bardzo często zdarza się, że inżynier dokonujący pomiarów ma drugą rękę zajętą (np. rejestruje odczyt podczas wykonywania operacji).

Jak działają cyfrowe kalibratory termopar

Rys. 2. Podłączenie kalibratora do miernika termoparowego, by zasymulować termoparę

- Podwójne wyświetlanie

Jednoczesna obserwacja trybu SOURCE i odczyt zewnętrznej termopary (READ) jest funkcją obowiązkową. W przeciwnym razie trzeba będzie przełączać się między funkcjami SOURCE i READ (i czekać, aż odczyt się ustabilizuje), aby uzyskać obie temperatury. Nigdy nie można mieć też pewności czy nasze pomiary były wykonane w tym samym czasie, aby je porównać.

- Kompensacja punktu zerowego

(CJC – Cold Junction Compensation) - jest kluczowym elementem każdego pomiaru termopary.

Termopara jest urządzeniem różnicowym, które generuje napięcie równe różnicy temperatur pomiędzy jej dwoma końcami: jeden koniec jest więc Twoim punktem pomiarowym, a drugi jest skorelowany z temperaturą na przyłączu.

CJC jest również kluczowym parametrem biorąc pod uwagę ogólną dokładność kalibratora. Należy jednak pamiętać, że specyfikacja dokładności kalibratora zawiera już w „sobie” parametr CJC. Niektórzy producenci tych urządzeń twierdzą, że ich produkty posiadają wysoką dokładność, ale używają zewnętrznego odniesienia punktu zerowego, co daje nierealistyczne specyfikacje dokładności.

Funkcje takie jak MAX, MIN, AVG, STD (odchylenie standardowe) i strzałki trendu mogą być niezbędnymi narzędziami do zrozumienia Twoich odczytów.

Funkcja MAX przechwyci i zapisze maksymalny odczyt, jaki urządzenie zarejestruje po uruchomieniu funkcji. Funkcja może być użyta do sprawdzenia długoterminowej stabilności systemu lub do zapewnienia, że nic nie poszło źle w danym okresie czasu testu (np. w nocy).

Funkcja MIN działa w połączeniu z funkcją MAX, dzięki czemu można natychmiast poznać temperatury MAX i MIN, które system wygenerował w danym okresie czasu.

Funkcja AVG wykonuje obliczenie średniej temperatury w czasie pomiędzy resetami. Funkcja ta pomaga zinterpretować rzeczywiste sytuacje, w których temperatura będzie się nieznacznie zmieniać z powodu obecności systemów ogrzewania/chłodzenia lub zmiany temperatury cyklu dnia/nocy, gdy należy zrównoważyć te zmiany.

Funkcja STD to odchylenie standardowe w danym okresie czasu. Pomaga ona zrozumieć, jak duże są wahania temperatury w systemie i jest wykorzystywana w dostrajaniu lub ustawianiu systemu sterowania.

Strzałki trendów to funkcja, która może dać informacje o tym, czy system zwiększa lub zmniejsza temperaturę (nie trzeba obserwować wskazań wyświetlacza).

Jak działają cyfrowe kalibratory termopar

Rys. 3. Wykorzystanie kalibratora do pomiarów temperatury i kalibracji czujników

Bardzo ważną funkcją kalibratora termopary jest wykrywanie rozwarcia obwodu pomiarowego. Za pomocą tej funkcji można sprawdzić cały przewód termoparowy w systemie. Użyj jej, aby znaleźć przerwane połączenie, co jest jednym z najtrudniejszych awarii do wykrycia! Gdy podłączysz kalibrator, możesz na bieżąco modyfikować oraz sprawdzać tor pomiarowy, przesuwać przewody, sprawdzać połączenia itd., a kalibrator poinformuje Cię, kiedy nastąpi rozwarcie obwodu. Aby to zrobić, kalibrator musi podać do obwodu bardzo mały prąd. Należy również mieć możliwość wyłączenia tej funkcji podczas kalibracji. Gwarantuje to, że żadne błędy pomiarowe nie zostaną wprowadzone do układu sterowania. Upewnij się, że Twój kalibrator posiada funkcję włączania/wyłączania rozwarcia obwodu.

Off set sondy termoparowej to trochę bagatelizowany problem przez inżynierów. Każda część przewodu termopary ma nieco inne wyjście niż następna (np. spadki napięcia).

Problem ten dotyczy również sond termoparowych. Jedna z sond może odczytać +0,2°C przy temperaturze równej 0, a druga może odczytać -0,3°C. W zastosowaniach precyzyjnych także przesunięcia są zapisywane na generowanym wykresie, a odczyty są kompensowane o błąd pomiarowy poprzez wprowadzenie poprawki. Za pomocą funkcji automatycznego kompensowania off setu sondy, kalibrator może albo wyregulować taki błąd, albo symulować termoparę z takim off setem, aby dokładnie zaprezentować jej rzeczywiste działanie.

Tryb transferu jest kolejną funkcją kalibratora. Pozwala ona na odizolowanie termopary od reszty systemu pomiarowego. Jest to realizowane dzięki możliwości kalibratora do odczytu temperatury z termopary oraz symulowania sygnału wyjścia termopary, który jest przekazywany do dalszej części systemu. Taka separacja przerywa pętle uziemiające oraz niweluje wpływ ładunków statycznych. Ten tryb pracy pozwala na określenie źródła problemu, którym może być sama termopara lub system pomiarowy.

Zakres kalibratora termopar: Termopara typu K ma zakres pomiaru temperatury wynoszący od 156 do 1250°C. Jedną z wielu cech kalibratora termopary powinna być krokowa zmiana sygnału. 10 kroków w zakresie od 156°C do 1 250°C daje całkowity krok na poziomie 110°C, który może nie być zbyt użyteczny. Funkcja zmiany zakresu pomiarowego pozwala wybrać zakres, który jest dla Ciebie ważny lub odpowiedni (np: dla zakresu od 260 do 537 °C poszczególne kroki będą narastać w odstępach co 28°C).

Jednostki pomiarowe: Większość kalibratorów termoparowych oferuje pracę w jednostkach Fahrenheita i Celsjusza. Modele z górnej półki oferują również jednostkę Kelvina.

Programy są tym, co przekształca kalibrator z prostego przyrządu w precyzyjne narzędzie inżyniera. Umożliwiają one zaprogramowanie różnych parametrów takich jak: zakres pomiarowy, off set i typ termopary. Po skonfigurowaniu programu urządzenie pozwala przechodzić przechodzić między konfiguracjami i być gotowym do testowania za pomocą tylko jednego przycisku.

Funkcja Ramp w sposób ciągły przełącza urządzenie pomiędzy zaprogramowanymi wartościami granicznymi, w celu sprawdzenia wyłączników temperaturowych i innych funkcji w systemie. Dobry kalibrator termopar będzie posiadał wbudowaną wolną i szybką funkcję „rampy” działającą w zakresie zadanych temperatur.

Funkcja Step jest podobna do funkcji Ramp, tylko że dzięki jej zastosowaniu można ręcznie ustawiać krok w zakresie od 10% do 90% zakresu pomiarowego lub pokryć zakres w 4 krokach co 25%. Funkcja ta jest używana do szybkiego sprawdzania poprawności odczytu systemu oraz do sprawdzania, czy pewne funkcje w systemie działają poprawnie.

Pamiętaj! Kalibratory firmy TEGAM to urządzenia przenośne.

Kalibrator termopar najczęściej jest używany na hali produkcyjnej i w pobliżu pieców, (jak pokazano na rysunku poniżej). W przypadku pieców do obróbki cieplnej należy sprawdzić czy regulator odczytuje wartości prawidłowo, a następnie włożyć termoparę referencyjną, aby sprawdzić czy system działa prawidłowo.

Jak działają cyfrowe kalibratory termopar

Rys. 4. Schemat połączeń dla przykładowej kalibracji piekarnika.

Potrzebujesz więc instrumentu, który musi być dokładny tam, gdzie go najczęściej używasz. Upewnij się więc, że będzie on utrzymywał swoją dokładność przez długi czas w zakresie pomiarowym, który odpowiada Twoim rzeczywistym potrzebom. Kalibrator powinien również posiadać specyfikację zgodną z normami MIL-STD pod względem odporności na wstrząsy, upadki i wibracje. Urządzenia tego typu muszą sprawnie działać w trudnych warunkach pracy. Podświetlany wyświetlacz ułatwia pracę, ponieważ oświetlenie na hali produkcyjnej lub wewnątrz pomieszczeń sterowniczych może być niewystarczające do odczytu instrumentów.

Czas pracy na baterii jest bardzo często marginalizowany. Wiele kalibratorów termopar szybciej zużywa baterie. Oznacza to, że zawsze trzeba mieć ich zapas, a wszystkie rozładowane baterie powiększają pulę energośmieci. Możliwość długiej pracy na jednym komplecie baterii jest nie tylko energooszczędna, ale też przyjazne dla środowiska. Poszukuj więc kalibratora termopar, który działa na bateriach więcej niż 500 godzin. Będzie on bardziej przyjazny dla środowiska i będzie funkcjonował wtedy, gdy go potrzebujesz. Nowe kalibratory termopar firmy TEGAM serii 940 i 945 posiadają wszystkie opisane powyżej cechy oraz najwyższą dokładność i najszerszy zakres temperaturowy w swoim przedziale cenowym, a także 500 godzinny czas pracy na 3 bateriach typu AA.

Na rysunku nr 5 znajduje się wyświetlacz kalibratora termopar firmy TEGAM serii 940. Na wyświetlaczu po jego uruchomieniu pojawia się 26 różnych funkcji służących od odczytu i diagnostyki.

Jak działają cyfrowe kalibratory termopar

Rys. 5. Ekran kalibratora termopar fi rmy TEGAM model 945A

  1. Off set
  2. 5-cyfrowy wyświetlacz trybu SOURCE
  3. Rodzaj termopary
  4. Naładowanie akumulatora
  5. Jednostka temperatury
  6. Wskaźnik wyświetlania temperatury
  7. Wskaźnik napięcia w mV
  8. 5-cyfrowy wyświetlacz trybu READ
  9. Wskaźnik pomiaru w %
  10. Tryb odchylenia standardowego
  11. Wskaźnik aktywnej komunikacji Bluetooth
  12. Tryb transferu
  13. Zakres
  1. Wyświetlana jest średnia
  2. Tryb „Step”
  3. Wyświetlana jest wartość maksymalna
  4. Tryb „Slow Ramp”
  5. Wyświetlana jest wartość minimalna
  6. Tryb „Fast Ramp”
  7. Numer predefiniowanego ustawienia
  8. Predefiniowane ustawienie
  9. Wskazanie trendu temperatury (czy w górę czy w dół)
  10. Znak minusa (napięcia)
  11. Wskaźnik trybu READ
  12. Znak minusa (temperatury)
  13. Wskaźnik trybu SOURCE

Łukasz Halbiniak

Zapytaj o produkt

Zapytaj o produkt

Uzupełnienie informacji pozwoli na szybsze zweryfikowanie firmy i uwzględnienie ustalonych warunków handlowych