Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Pomiar temperatury w warunkach przemysłowych

rzuber 23 Feb 2016 12:43 1437 27
e-mierniki
  • #1
    rzuber
    Level 20  
    Witam wszystkich

    Muszę zbudować układ pomiaru temperatury miedzy dwoma płytami metalowymi. Szerokość to kilka cm i długość ok metra. Pomiar po srodku.
    Problem stanowi wszechobecne pole elektromagnetyczne o częst. 27MHz, które zaburza wskazanie. Blachy to okładki kondensatora, na ktorych jest kilka kV.

    Zakres mierzonych temp to od 20 do ok 250 st C i termopara wydawała mi sie idealnym rozwiązaniem, ale wytwarzane pole totalnie przekłamuja pomiar włażąc w przewody pomiarowe.

    Moze ktos z was ma jakiś pomysł jak ominąć ten problem?
    Jakiś czujnik ekranowany? Pt100 płaskie? Inne metody?
  • e-mierniki
  • e-mierniki
  • #4
    rzuber
    Level 20  
    Pirometr sie nie nada bo nie pokaże zmian temperatury miedzy płytami. Jak go tam wsadze? Pokaże zmiany na zewnętrznej powierzchni blach.

    Termistor to także przewody i indukowanie sie prądu w nich od pola 27MHz...
    W dodatku 6kV to możliwość przepięcia lub sprzezenia miedzy płytami.

    Mozna by ew. Pomyśleć o podłączeniu przewodem ekranowanym i sprawdIc wpływ tego pola.

    Kolejna sprawa to inercja - wiem, ze termopara jest relatywnie szybka przy pomiarze przyrostu temperatury. Nie wiem jak z termistorem...
  • #5
    Rzuuf
    Level 43  
    Pirometr jest BEZDOTYKOWY i ZDALNY - mierzy temperaturę obiektu (punktu) odległego nawet o kilka metrów. Przyrządu się tam nie wsadza!
    Spytaj firmę Arcotech (Dane kontaktowe: sklep(malpa)arcotech.pl tel. 794 13 15 50) o możliwość użycia ich przyrządu dla Twoich celów.
  • #6
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Termistor to także przewody i indukowanie sie prądu w nich od pola 27MHz...
    W dodatku 6kV to możliwość przepięcia lub sprzezenia miedzy płytami.

    Z zakłóceniami musisz trochę powalczyć (filtracja, ekranowanie), jednak zastowowanie termistora ma pewne zalety, NTC ma czułość ok 4%/°C co wraz z układem polaryzacji da ci kilka mV/°C podczas gdy termopara ok 40µV/°C, sygnał z termopary łatwiej zakłócić.

    Quote:

    Kolejna sprawa to inercja - wiem, ze termopara jest relatywnie szybka przy pomiarze przyrostu temperatury. Nie wiem jak z termistorem...
    Małe termistory są szybkie.
  • #7
    tronics
    Level 38  
    rzuber wrote:
    Witam wszystkich

    Muszę zbudować układ pomiaru temperatury miedzy dwoma płytami metalowymi. Szerokość to kilka cm i długość ok metra. Pomiar po srodku.
    Problem stanowi wszechobecne pole elektromagnetyczne o częst. 27MHz, które zaburza wskazanie. Blachy to okładki kondensatora, na ktorych jest kilka kV.

    Zakres mierzonych temp to od 20 do ok 250 st C i termopara wydawała mi sie idealnym rozwiązaniem, ale wytwarzane pole totalnie przekłamuja pomiar włażąc w przewody pomiarowe.

    Moze ktos z was ma jakiś pomysł jak ominąć ten problem?
    Jakiś czujnik ekranowany? Pt100 płaskie? Inne metody?

    Każdy pomiar elektryczny (tc, rtd, termistor) będzie obarczony zakłóceniem. Są oczywiście metody walki z tego typu zjawiskami, ale podejrzewam, że nawet ekranowane termopary nie będą sobie w stanie poradzić z takimi zakłóceniami, a odfiltrować elektrycznie się nie da ze względu na dość małe napięcie i wydajność prądową termopary. Pirometr może i byłby względnie dobry gdyby to był porządnie skalibrowany model potrafiący precyzyjnie z daleka ściągać. Jeśli byłby w zasięgu działania pola to tak samo (albo gorzej) będzie wariował. Z samych sensorów to zasadniczo chyba termistor byłby najmniej wrażliwy na zakłócenia, ale nadal potrzebne byłoby ekranowanie przewodów.
  • #8
    rzuber
    Level 20  
    Rzuuf wrote:
    Pirometr jest BEZDOTYKOWY i ZDALNY - mierzy temperaturę obiektu (punktu) odległego nawet o kilka metrów. Przyrządu się tam nie wsadza!
    Spytaj firmę Arcotech (Dane kontaktowe: sklep(malpa)arcotech.pl tel. 794 13 15 50) o możliwość użycia ich przyrządu dla Twoich celów.


    Kolego wiem jak działa to urządzenie.

    Widzę, że podałem wymiary płyt a nie dodałem, że kondensator który mierze ma szczelinę 1-3 mm (w zależności od procesu) i nie mam szans wycelować w nią tak, by zmierzyć środek badanej powierzchni.
    Dlatego musi to być czujnik kontaktowy, który można wsadzić między okładki.

    Zaletą całości jest fakt, że tak samo termopara, jak i termistor to prąd stały, a generowane zakłócenia to prąd przemienny. Można spróbować odfiltrować to jakimś kondensatorem ew.
  • #9
    Rzuuf
    Level 43  
    Pomiar przy użyciu termistora da odpowiedź na pytanie: "do jakiej temperatury nagrzewa sie termistor, umieszczony w polu tego urządzenia".
    Jeśli STRATNOŚĆ termistora jest inna, niż stratność materiału poddawanego normalnej obróbce, to te temperatury wcale nie muszą być jednakowe.
    Prawidłowy pomiar: umieścić między elektrodami próbkę grzanego materiału i zmierzyć jego temperaturę PYROMETREM.
  • #10
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Zaletą całości jest fakt, że tak samo termopara, jak i termistor to prąd stały, a generowane zakłócenia to prąd przemienny. Można spróbować odfiltrować to jakimś kondensatorem ew.
    Bardzo duze znaczenie bedzie miało to jak podłaczysz filtry, do której masy, którędy bedzie płynął prąd powrotny zakłóceń, jesli ekran będzie podłaczony kawałkiem przewodu (tzw pigtail) to raczej nie spełni swojej funkcji, wybór kondensatorów też będzie ważny, typowy kondensator ceramiczny 100nF w tym zakresie częstotliwości ma charakter indukcyjny :)
  • #11
    tronics
    Level 38  
    Quote:
    Pomiar przy użyciu termistora da odpowiedź na pytanie: "do jakiej temperatury nagrzewa sie termistor, umieszczony w polu tego urządzenia".

    Częściowo tak, ale czystym dielektrykiem to jest co najwyżej jego obudowa :) Sam ceramik/polimer/półprzewodnik na zakłócenia EM jest mało czuły, a w każdym razie dużo mniej niż termopara.
    Podłączanie filtra do termopary jest raczej problematyczne, tak jak pisałem skręcana para ekranowanych przewodów to chyba max. co można osiągnąć PRZED blokiem pomiarowym urządzenia - samo filtrowanie powinno odbywać się w bloku pomiarowym, ewentualnie programowo. Inna sprawa - skoro szczelina jest tak wąska to jak zapewnić jednocześnie ekranowanie i wytrzymałość dielektryczną izolacji? :)
  • #13
    CosteC
    Level 34  
    Naprawdę nie widzę problemu w użyciu termometru typu PT100, PT100. Zamawia się taki w obudowie stalowej, przewód w ekranie i ilość zakłóceń odbieranych jest minimalna. Potem odfiltrować i mierzyć.

    Problem IMHO jest w zabezpieczeniu i izolacji od 6kV. Tu trzeba pomyśleć jak zabezpieczyć termometr.

    Są oczywiście bardziej egzotyczne metody pomiaru temperatury, ale wstrzymałbym się tutaj z pomysłami - może klasyczny dobry przetwornik temperatury PT1000 da radę.

    Jak dokładnie i jak szybko trzeba mierzyć?
  • #14
    jesion40
    Level 27  
    rzuber wrote:
    Muszę zbudować układ pomiaru temperatury miedzy dwoma płytami metalowymi. Szerokość to kilka cm i długość ok metra. Pomiar po srodku.
    Dlaczego nie można mierzyć temperatury takiej płyty metalowej od strony zewnętrznej? Czy w samej płycie jest tak duży gradient temperatury, że to ma znaczenie?
  • #15
    rzuber
    Level 20  
    Musze mierzyć w obecności pola EM bo towarzyszy ono procesowi nagrzewania, więc wyłączenie i pomiar odpada.

    Co od zakłóceń, to będą powstawały na skutek indukowania się prądu w przewodach doprowadzających, więc czułość ceramik/polimer/półprzewodnik nie gra tu roli.

    Czy termometr PT100 będzie miał ok 1-3 mm średnicy i wytrzyma potencjalne przepięcie lub sprzężenie 6kV? Termopara to mała kuleczka i jej wymiary są idealne do tego zastosowania.

    Zależy mi na jak najszybszym pomiarze - przynajmniej co 100 ms.

    Nie mogę mierzyć temperatury na zewn. płyty, ponieważ płyta i otoczenie bardzo szybko ją oddaje, a energia cieplna skupi się (i powstaje) między płytami w ich środku.

    Robiłem podejście do pomiaru bardzo prostym pirometrem ale efekty były mizerne... duże zaniżenie temperatury co do wyliczeń...
  • #16
    CosteC
    Level 34  
    hej

    Pomiar temperatury możesz robić co 1us, to nie problem. Problem brzmi jak szybko temperatura się zmienia. Rzeczywiście termopara ma małą bezwładność cieplną, ale też generuje słaby sygnał który łatwo zakłócić.

    Wymiary: ostatnio zamawiałem PT1000 w obudowie fi 5mm bo była tania. Podejrzewam że fi 3mm nie stanowi wielkiego problemu.

    Mam wrażenie że nagrzewasz coś przez wygenerowanie strat w dielektryku - czy przypadkiem włożenie tam przewodnika nie zakłóci pomiaru?

    jeśli tak potrzebowałbyś innej zupełnie metody pomiaru. Pirometr o wąskim kącie widzenia wydaje się rozsądny. Jak nie czujnik światłowodowy może?
  • #17
    User removed account
    User removed account  
  • #18
    jesion40
    Level 27  
    CosteC wrote:
    Pomiar temperatury możesz robić co 1us, to nie problem.
    Z tym bym się nie zgodził. To akurat mógłby być problem biorąc pod uwagę częstotliwość zakłóceń. Znacznie prościej sobie z nimi poradzić przy podwójnym całkowaniu z czasem pomiaru będącym wielokrotnością okresu zakłóceń.

    CosteC wrote:
    Wymiary: ostatnio zamawiałem PT1000 w obudowie fi 5mm bo była tania. Podejrzewam że fi 3mm nie stanowi wielkiego problemu.
    Jak dobrze pamiętam, to TELPOD robił kiedyś PT100 i PT1000 jako naparowane warstwy na ceramice. Takie czujniki były płaskie a ceramika mogłaby chyba sporo wytrzymać. Oczywiście o ile przenikalność dialektryka nie stanowi problemu.
  • #19
    CosteC
    Level 34  
    Zakłócenia zakółceniami, wbrew pozorom nie mają związku z częstotliwością pomiaru. Jak układ nie jest zabezpieczony przed nimi to pomiar raz na 10s też będzie zaburzony.

    w TME jest mnóstwo czujników PT100 w formie ścieżki naparowanej na ceramikę. Ceny są BARDZO przystępne. Są też czujniki obudowane w różnych standardach - do wyboru do koloru.
  • #20
    jesion40
    Level 27  
    CosteC wrote:
    Zakłócenia zakółceniami, wbrew pozorom nie mają związku z częstotliwością pomiaru. Jak układ nie jest zabezpieczony przed nimi to pomiar raz na 10s też będzie zaburzony.
    Nie mogę się z tym zgodzić. Częstotliwość pomiarów ma bezpośredni związek z czasem wykonywania pojedynczego pomiaru. W warunkach dużych zakłóceń prostą metodą pozwalającą na zmniejszenie wpływu zakłóceń na wyniki jest uśrednienie wartości za pewien czas co charakteryzuje między innymi metodę podwójnego całkowania. Łatwo sprawdzić, że jeżeli przebieg zakłócający jest przebiegiem okresowym o zerowej wartości średniej to dobierając czas całkowania mierzonej wartości równy wielokrotności okresu przebiegu zakłócającego można jego wpływ wyeliminować całkowicie. Gdy ta zależność nie jest spełniona to i tak im więcej okresów przebiegu zakłócającego przypada na czas pomiaru tym mniejszy może być maksymalny błąd, jaki powoduje.

    Jednak wyklucza to wysoką częstotliwość pomiarów.
  • #21
    jarek_lnx
    Level 43  
    jesion40 wrote:
    Nie mogę się z tym zgodzić. Częstotliwość pomiarów ma bezpośredni związek z czasem wykonywania pojedynczego pomiaru. W warunkach dużych zakłóceń prostą metodą pozwalającą na zmniejszenie wpływu zakłóceń na wyniki jest uśrednienie wartości za pewien czas co charakteryzuje między innymi metodę podwójnego całkowania.
    To jest teoria, na dodatek stworzona przez matematyków :) praktyka w elektronice pokazuje że są sytuacje kiedy statystyka "nie działa", jeśli sygnał w.cz. dostaje się do stponi wejściowych wzmacniacza małych sygnałów jest tam prostowany (w google szukaj RFI rectification) i na wyjściu pojawia sie jako offset DC, mozesz uśredniać pomiary przez miesiąc a wynik i tak bedzie błędny.
    Sam sie z tym spotkałem w podobnej aplikacji, wyglądało na to że offset wzmacniacza "płynie" z nieznanej przyczyny, uśrednianie dawało efekty ale tylko do pewnej krotności, niby szum ale jednak miał jakieś składowe okresowe których uśrednianie było nieskuteczne, do tego dochodził aliasing w ADC więc sygnał oglądany na oscyloskopie wygąlądał inaczej niż w pamięci mikrokontrolera - żaden nie był prawdziwy. Poprawienie analogówki dało kilkudiesięciokrotnie lepsze efekty niż "niezastąpione" uśrednianie, a jescze przyśpieszyło pomiary :)


    Oczywiście uśrednianie zakłóceń z sieci 50Hz w przetworniku z podwójnym całkowaniem działa bez zarzutu, ale nie można stąd wysnuwać wniosków że tak samo uśrednią sie zakłócenia w.cz. Teoria na której sie opierasz zakłada liniowość której zazwyczaj nie ma.
  • #22
    jesion40
    Level 27  
    jarek_lnx wrote:
    To jest teoria, na dodatek stworzona przez matematyków :) praktyka w elektronice pokazuje że są sytuacje kiedy statystyka "nie działa", jeśli sygnał w.cz. dostaje się do stponi wejściowych wzmacniacza małych sygnałów jest tam prostowany
    Nie pracowałem w takim środowisku, więc może masz rację, ale nie lubię pogardy "praktyków" dla teorii. Spróbujmy więc to przeanalizować.

    Po pierwsze jaki to "wzmacniacz małych sygnałów" masz na myśli? W przypadku PT1000 napięcie pomiarowe to zakres woltów, nie miliwoltów. Więc jakie jakie mają być te zakłócenia? Czemu te przebiegi w.cz. nie dają się odfiltrować prostym filtrem LC lub RC już na wejściu, przed jakimkolwiek elementem aktywnym? Tam chyba nie ma problemu nieliniowości?

    Tyle, że taka filtracja jest możliwa jedynie gdy mamy do czynienia z przebiegami wolnozmiennymi, gdzie możemy też wydłużyć czas pomiaru. Akurat przy zakłóceniach w paśmie 27MHz wycinanie przez podwójne całkowanie nie byłoby chyba konieczne bo filtry powinny załatwić sprawę. Ale nie zaszkodziłoby wyciąć właśnie 50Hz z których drwisz.
  • #23
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Nie pracowałem w takim środowisku, więc może masz rację, ale nie lubię pogardy "praktyków" dla teorii. Spróbujmy więc to przeanalizować.
    Nie mam pogardy dla teorii jako takiej, ale ostrzegam przed bezmyślnym stosowaniem teorii, z którym się niestety często spotykam.
    Quote:

    Po pierwsze jaki to "wzmacniacz małych sygnałów" masz na myśli?
    Np z termopary, choć ja wzmacniałem prądy <1nA.
    Quote:

    W przypadku PT1000 napięcie pomiarowe to zakres woltów, nie miliwoltów.
    Samonagrzewanie nie pozwala na dowolne zwiększanie napięcia, nawet jeśli będzie kilka woltów to i tak czułość jest 0,4%/°C.
    Quote:

    Więc jakie jakie mają być te zakłócenia? Czemu te przebiegi w.cz. nie dają się odfiltrować prostym filtrem LC lub RC już na wejściu, przed jakimkolwiek elementem aktywnym? Tam chyba nie ma problemu nieliniowości?
    Dają się odfiltrować i tak właśnie należy zrobić, ale taki filtr trzeba bardzo uważnie projektować zwracając uwagę na reaktancje pasożytnicze.
  • #24
    jesion40
    Level 27  
    jarek_lnx wrote:
    Np z termopary, choć ja wzmacniałem prądy <1nA.
    To czemu polemizujesz ze mną, skoro ja nigdy nie proponowałem termopary?
    jarek_lnx wrote:
    Samonagrzewanie nie pozwala na dowolne zwiększanie napięcia, nawet jeśli będzie kilka woltów to i tak czułość jest 0,4%/°C.
    Eeeee, nie przesadzasz? Dla PT1000 przy 1V masz raptem 1mW, jaki może to powodować błąd? Do tego - gdyby był problem - nic prostszego jak podłączać zasilanie tylko na czas pomiaru, można wówczas osiągnąć wypełnienie nawet i 1/100, co oznacza, że jeżeli czas pojedynczego pomiaru jest znacznie krótszy od stałej czasowej bezwładności termicznej czujnika problem jest odpowiednio mniejszy. Zresztą przy czujniku cienkowarstwowym przyklejonym do metalowej płyty w ogóle trudno ten problem rozważać.
  • #25
    User removed account
    User removed account  
  • #27
    User removed account
    User removed account  
  • #28
    Martin_250
    Level 12  
    Pytanie co dokładnie znajduje się między okładkami tego kondensatora. Jeśli powietrze to można umieścić tam element dielektryczny o odpowiedniej bezwładności cieplnej i wycelować w niego pirometr. Jeśli jest tam coś płynnego to może podobnie jak wyżej zasugerowano szukać pośrednich parametrów np. wysokość słupa płynu przed i za szczeliną podgrzewania? Trzeba wiedzieć coś więcej o samym procesie którego problem dotyczy.