Cold Junction ng Thermocouple: Bakit Talagang Mahalaga Ito at Paano Gumagana ang CJC

Kung naihambing mo ang dalawang thermocouples sa parehong pipe at napanood mo silang hindi sumasang-ayon nang ilang degree, malamang na hindi ang tip ng sensor ang problema. Mas madalas, ang sagot ay nasa kabilang dulo ng loop, sa terminal block kung saan nakakatugon ang mga wire ng thermocouple sa instrumento. Ang punto ng koneksyon na iyon ay ang malamig na junction, at kapag naunawaan mo kung ano ang ginagawa nito, humihinto ang pagsukat ng thermocouple na parang hula.

Tinatalakay ng artikulong ito kung ano ang cold junction, kung bakit hindi makakapag-ulat ang isang thermocouple ng ganap na temperatura kung wala ito, kung paano gumagana ang cold junction compensation sa mga modernong instrumento, at kung aling mga gawi ang pumipigil sa reference junction na tahimik na sirain ang iyong data.

Paano Gumagawa ng Boltahe ang Thermocouple

Ang thermocouple ay dalawang wire ng hindi magkatulad na metal na pinagsama sa isang dulo. Ang joint na iyon, ang pagsukat o mainit na junction, ang ilalagay mo sa proseso. Kapag ang dalawang metal ay nakakita ng pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng magkadugtong na dulo at ng mga libreng dulo, ang Seebeck effect ay bumubuo ng maliit na boltahe, karaniwang sampu-sampung microvolts bawat degree Celsius.

Ang detalye na nakakakuha ng mga tao ay ito: ang boltahe na iyon ay hindi tumutugma sa pagsukat ng temperatura ng junction lamang. Ito ay tumutugma sa pagkakaiba sa pagitan ng pagsukat ng junction at ang punto kung saan nagtatapos ang mga wire. Ang isang type K thermocouple ay gumagawa ng humigit-kumulang 41 microvolts bawat degree Celsius, kaya ang 5 °C shift sa mga terminal ay lalabas bilang 5 °C shift sa pagbabasa, kahit na ang proseso ay hindi kailanman gumagalaw.

Ano nga ba ang Cold Junction?

Ang malamig na junction, na tinatawag ding reference junction, ay nabuo kung saan kumokonekta ang thermocouple o mga extension wire nito sa reading instrument: isang block ng terminal ng transmitter, isang input ng controller, isang data logger, o isang transmiter ng temperatura.

Dalawang bagay tungkol dito ang karaniwang hindi nauunawaan:

• Ito ay hindi lamang temperatura ng silid. Ito ang aktwal na temperatura ng mga terminal na iyon sa sandaling iyon, sa ilalim ng anumang draft, umiral ang enclosure heat at cable loading.
• Ito ay hindi palaging isang maginhawang lugar. Ang bawat intermediate na koneksyon na ginawa gamit ang maling wire ay lumilikha ng dagdag na junction, at ang bawat isa ay nag-aambag ng sarili nitong boltahe.

Kung ang mga tansong tornilyo o mga track ng circuit board ay humawak sa mga wire ng thermocouple, ang mga contact point na iyon ay magiging bahagi ng thermoelectric circuit. Ang pagpapanatiling isothermal sa terminal area, ibig sabihin, ang lahat ng koneksyon na nakaupo sa parehong temperatura, ay ang pisikal na batayan ng magandang disenyo ng cold junction.

Mula sa Ice Baths hanggang sa Electronic Compensation

Para sa karamihan ng huling siglo, ang reference junction ay gaganapin sa isang kilalang 0 °C sa isang flask ng natutunaw na yelo. Ang sinusukat na boltahe ay maaaring direktang ihambing sa mga nai-publish na talahanayan na binuo sa sanggunian na iyon. Ito ay tumpak, at ito pa rin ang ideya sa likod ng mga karaniwang thermocouple table na ginagamit ngayon, ngunit ito ay halos hindi praktikal sa isang petrochemical unit o sa tabi ng isang heat treatment furnace.

Nilulutas ng mga modernong instrumento ang problema sa elektronikong paraan. Sa halip na pilitin ang malamig na junction sa 0 °C, sinusukat nila ang aktwal na temperatura nito at idinaragdag ang boltahe na gagawin sana ng thermocouple kung ang reference nito ay nasa 0 °C. Ang idinagdag na dami ay ang malamig na junction compensation voltage.

Paano Gumagana ang Cold Junction Compensation

Sa loob ng isang transmitter, controller o data acquisition card, ang proseso ay nahahati sa tatlong hakbang.

1. Sukatin ang temperatura ng terminal. Ang isang maliit na RTD, thermistor o silicon sensor ay nakaupo sa tabi ng terminal block, na malapit sa totoong junction hangga't pinapayagan ng layout.
2. I-convert ang temperaturang iyon sa isang katumbas na thermocouple EMF. Gamit ang mga karaniwang talahanayan para sa uri ng thermocouple na ginagamit, ginagawa ng instrumento ang boltahe na lalabas kung nasa terminal na temperatura ang panukat na junction habang ang reference ay nanatili sa 0 °C.
3. Magdagdag at mag-linearize. Ang boltahe ng kompensasyon ay idinaragdag sa sinusukat na signal, at ang kabuuan ay kino-convert sa pamamagitan ng mga polynomial o look-up na mga talahanayan sa isang panghuling halaga ng temperatura.

Dahil ang pagwawasto ay depende sa uri ng thermocouple, ang kompensasyon ay valid lamang kapag ang input ng instrumento, ang sensor at ang extension na mga wiring ay magkatugma. Ang isang type K sensor na nagpapakain sa isang transmitter na na-configure para sa type J ay nagbibigay ng isang sistematikong offset na walang halaga ng pag-recalibrate na aalisin. Ang kompensasyon na nakabatay sa software sa isang sistema ng pagkuha ng data ay sumusunod sa parehong lohika, ngunit ang reference sensor ay madalas na mas malayo sa mga terminal, at ang distansyang iyon ay kung saan ang katumpakan ay pinakamadaling mawala.

Karaniwang Cold Junction Pitfalls

Karamihan sa mga problema sa malamig na junction na naririnig natin ay nahuhulog sa ilang mga pattern. Ang talahanayan sa ibaba ay nagbubuod kung ano ang karaniwang nagkakamali at kung ano ang may posibilidad na ayusin ito.

Extension at compensation wire nararapat na espesyal na banggitin, dahil ito ang bahagi ng loop na kadalasang pinapalitan ng anumang nasa silid ng tindahan. Ang tansong cable ay mainam para sa pagdadala ng 4-20 mA signal, ngunit hindi ito maaaring magdala ng thermocouple signal nang hindi gumagawa ng bagong junction sa bawat dulo. Ang compensation wire ay ginawa mula sa mga haluang metal na itinugma sa uri ng thermocouple, at ang rating ng temperatura nito ay kailangang sumasakop sa pinakamainit na puntong madadaanan nito, kabilang ang anumang seksyon na tumatakbo sa isang mainit na sisidlan o furnace casing.

Glass Fiber High-Temperature Stainless Steel Braided Thermocouple Compensation Wire Para sa mga thermocouple loop, itong fiberglass-insulated stainless steel braided compensation wire ay sumasaklaw sa -50 hanggang 1600°C at sumusuporta sa mga quote o PDF na kahilingan. Tingnan ang Produkto →

Hardware na Nangangasiwa sa Cold Junction para sa Iyo

Kung saan epektibong nabubuhay ang malamig na junction ay depende sa kung saan ka magpasya na i-digitize ang signal. Tatlong pagsasaayos ang sumasaklaw sa karamihan ng mga pang-industriyang instalasyon:

• Direktang mga kable sa isang controller o input card, na may reference sensor sa loob ng instrumento.
• Isang head mount o field transmitter sa sensor, na gumaganap ng kompensasyon sa lokal at nagpapadala ng 4-20 mA o digital signal sa control room.
• Isang rail mounted transmitter sa cabinet, para sa mga sensor na mahirap abutin.

Ang paglipat ng transmitter papunta sa sensor ay madalas na ang pinakamalaking pagpapabuti na magagamit. Ang thermocouple at ang extension wiring nito ay nagiging mas maikli, ang mga intermediate junction ay nawawala, at ang signal ay naglalakbay sa halos lahat ng distansya bilang isang matatag na kasalukuyang loop sa halip na isang microvolt level na EMF. Ang aming pinagsama-samang mga transmiter ng temperatura ay binuo para sa eksaktong pagsasaayos na ito, na ang reference junction ay pinangangasiwaan sa loob ng pabahay sa halip na sa dulong bahagi ng mahabang cable run.

Pinagsamang Temperature Transmitter na may SBWR/SBWZ Two-Wire 4-20 mA Output Ang mga SBWR/SBWZ na module ay nakakabit sa thermocouple o RTD na mga kahon ng koneksyon, nagpapaikli sa mga wiring ng sensor at naglalabas ng linear na 4-20 mA para sa pagsukat at kontrol. Tingnan ang Produkto →

Kung tumitimbang ka ng analog laban sa mga smart transmitter, ang aming gabay sa kung paano gumagana ang mga transmiter ng temperatura sumasaklaw sa mga klase sa katumpakan, drift at mga pamantayan sa pagpili nang mas detalyado.

Mga Praktikal na Gawi para sa Maaasahang Cold Junction

Sa panahon ng pag-install

• Panatilihin ang bawat terminal na koneksyon ng isang thermocouple sa loob ng isang isothermal zone sa halip na hatiin ito sa dalawang bloke.
• Huwag i-mount ang mga terminal block o transmitter nang direkta sa itaas ng mga contactor, drive o power supply.
• Gumamit ng thermocouple grade wire, igalang ang rating ng temperatura nito, at suriin ang polarity bago higpitan.
• Panangga ang mga terminal mula sa direktang daloy ng hangin at sikat ng araw, lalo na sa mga panlabas na enclosure.

Sa serbisyo

• I-verify ang loop laban sa isang kilalang reference, tulad ng isang dry block calibrator o isang simulate millivolt input.
• Siyasatin ang mga terminal para sa oksihenasyon at muling i-torque ang mga ito pagkatapos ng mga unang thermal cycle ng isang bagong pag-install.
• Itala ang temperatura ng cabinet sa tabi ng mga pagbabasa ng proseso; seasonal drift sa isang stable na proseso ay karaniwang tumuturo sa enclosure, hindi ang sensor.

Sa control side, ang isang controller na may sound reference junction handling ay inaalis ang gawaing ito sa mga kamay ng operator. Ang aming mga compact digital PID temperature controller ay tumatanggap ng mga thermocouple input nang direkta at pinamamahalaan ang malamig na junction sa loob, na nagpapanatili ng maliliit na skid, incubator at oven na simple upang bumuo at direktang mapanatili.

Compact Digital PID Temperature Controller xmtg1001 na may Internal Cold Junction Handling Para sa maliliit na skid, incubator o oven, ang 48×48 mm na controller na ito ay tumatanggap ng mga thermocouple input at pinamamahalaan ang reference junction sa loob na may relay output. Tingnan ang Produkto →

Pagtrato sa Loop bilang Isang Sistema

Ang pag-uugali ng malamig na junction ay isang bahagi ng isang loop ng pagsukat, at ang natitirang bahagi ng loop ay nararapat sa parehong pansin. Ang uri ng sensor, sheath material, protection tube, mounting method at cable route ay lahat ay nakikipag-ugnayan, at isang perfectly compensated transmitter ay hindi makakaligtas sa isang thermocouple na naka-install kung saan hindi ito mabubuhay. Sa mga plantang petrochemical, ang isang hindi tinatagusan ng tubig, hindi tinatablan ng pagsusuot ng thermocouple na ipinares sa wastong na-rate na compensation wire ay kadalasang mahalaga kaysa sa isang maliit na pagkakaiba sa katumpakan ng catalog. Sa mga proseso ng mataas na temperatura, pinapanatili ng mga sensor ng platinum-rhodium at tungsten-rhenium ang pagsukat na maaasahan kung saan hindi magtatagal ang mga uri ng base metal. Makikita mo kung paano nagsasama-sama ang mga kumbinasyong ito sa aming mga pahina ng aplikasyon sa industriya .

Wala sa mga ito ang kailangang maging kumplikado. Tanggapin na ang isang thermocouple ay nag-uulat ng pagkakaiba sa halip na isang absolute value, bigyan ang reference junction ng isang stable at isothermal na tahanan, gumamit ng wire na tumutugma sa sensor, at hayaan ang isang mahusay na tinukoy na transmitter o controller na pangasiwaan ang arithmetic. Gawin ang apat na bagay na iyon at ang malamig na junction ay hihinto sa pagiging isang nakatagong pinagmumulan ng error at magiging kung ano ang nararapat: isang tahimik, nauunawaang bahagi ng loop ng pagsukat.