Denk na over het laatste verwarmingssysteem dat u en uw team hebben ontworpen. Op welk moment ging het team in op de behoefte aan temperatuursensoren en hoe de apparaten in het systeem te integreren? Als het tegen het einde was, ben je niet de enige. Sensoren zijn vaak de vergeten apparaten wanneer systemen worden ontwikkeld. Helaas leidt deze aanpak tot vertragingen en hogere kosten omdat het systeem vaak opnieuw moet worden ontworpen.
Door sensoren in het ontwerp te integreren en vroeg in het ontwikkelingsproces over sensoren na te denken, kunt u de juiste sensoren op de juiste locatie plaatsen en tegelijkertijd de draden en andere componenten beschermen die nodig zijn voor de sensoren.
Maar welk type sensor hebt u nodig? Hoe maakt het verbinding met het systeemproces – via een controller of programmeerbare logische besturing? Wat is de optimale plaatsing van de sensor om de meest nauwkeurige, betrouwbare aflezing te krijgen? Dit zijn belangrijke vragen bij het selecteren van een temperatuursensoren de experts van Watlow zijn erop voorbereid om u te helpen de beste oplossing voor uw unieke systeem te vinden.
Thermokoppels, RTD's en Thermistors, Oh Mijn!
Sensoren zijn er in drie veelvoorkomende typen: thermokoppels, weerstandstemperatuurdetectors (RTD) en thermistors. Elk heeft specifieke kenmerken, van duurzaamheid en temperatuurbereiken tot nauwkeurigheid en grootte, en deze kwaliteiten definiëren de voor- en nadelen van een bepaalde sensor. Laten we elk type eens bekijken.
Thermokoppels
Thermokoppels worden meestal gebruikt in extreme toepassingen met hoge temperaturen, zoals warmtebehandelingstoepassingen, ovens, ovens, autoclaven, halfgeleiderverwerking, glasverwerking en metaalverwerking. Deze sensoren werken vaak onder omstandigheden van 2000 graden Fahrenheit en ze zijn bestand tegen temperaturen tot 4200 graden Fahrenheit.
Thermokoppels zijn een relatief eenvoudig ontwerp van twee verschillende metalen die zijn verbonden en verpakt in samengeperst keramisch magnesiumoxide of een ander keramisch materiaal. Wanneer de sensor in het proces wordt geplaatst, creëren de draden een klein elektrisch signaal of spanning naarmate de temperatuur verandert. Hoewel het ontwerp relatief eenvoudig is, vereisen thermokoppels complexe elektronica in de controller in vergelijking met RTD's en thermistors.
Het eenvoudige ontwerp maakt thermokoppels robuuste, robuuste apparaten. Ze zijn bestand tegen extreme temperaturen, trillingen en fysiek contact. Dit kan het beste worden geïllustreerd in een lucht- en ruimtevaarttoepassing. Thermokoppels worden gebruikt om de uitlaattemperatuur van turbinemotoren te bewaken, wat betekent dat ze in staat zijn om snel veranderende extreme temperatuurveranderingen – van vriestemperaturen tot duizenden graden in een kort tijdsbestek – en de gewelddadige stuwkracht van de uitlaat aan te kunnen.
Ze zijn ook klein, snel en flexibel. Sommige thermokoppelsensoren zijn zo klein als tienduizendsten van een inch in diameter, waardoor ze extreem snel zijn. Ze kunnen in verschillende configuraties worden gebogen, waardoor ontwerpers flexibiliteit in de verpakking krijgen.
Thermokoppels zijn echter niet de meest nauwkeurige sensoren, noch zijn ze herhaalbaar of stabiel. Variaties in het legeringsmengsel kunnen de output van de sensor veranderen. Hoewel er in sommige industrieën tolerantie is voor deze onnauwkeurigheden, is het misschien niet zo wenselijk voor toepassingen die een nauwkeurige nauwkeurigheid vereisen. Bovendien zijn thermokoppels vatbaar voor drifting, wat de verslechtering van de nauwkeurigheid in de loop van de tijd is.
De nauwkeurigheid’van een thermokoppel kan uit de doos plus of min een of twee graden zijn. Na verloop van tijd, en vooral bij hogere temperaturen, kan de nauwkeurigheid tot 10 graden of meer afwijken. Driften treedt op als de chemie van de metalen verandert.
Weerstandstemperatuurdetectors (RTD)
Weerstandstemperatuurdetectoren (RTD) zijn zeer nauwkeurige, nauwkeurige en herhaalbare sensoren omdat de weerstand van zuiver platina is gemaakt. RTD's worden meestal gebruikt in de voedsel- en drankverwerking, biotechindustrieën, farmaceutische ontwikkeling, chemische verwerking en milieukamers. In sommige gevallen worden RTD's gebruikt bij de verwerking van halfgeleiders.
RTD's hebben beperkingen in hoe ze verpakt zijn. Het zijn stijve hulpmiddelen die niet kunnen buigen of buigen. Het element van 2,5 cm lang wordt opgerold met een platinadraad met een kleine diameter en verpakt in een keramische huls. Het uiteindelijke ontwerp lijkt op een bol van één inch. De kleinste RTD-sensoren zijn een 16e van een inch in diameter. Hoewel het klein is, is het niet zo klein als een thermokoppel.
Bovendien voegt de puntgevoeligheid van RTD's een laag complexiteit toe. Overweeg een voedselverwerkingsfabriek die een frituurinstallatie gebruikt. RTD-sensoren moeten ver genoeg in het medium worden ondergedompeld om steelverlies te voorkomen. Dit is een situatie waarin de sensor gedeeltelijk de omgeving leest waarin de rest van de sensor wordt blootgesteld.
Op enkele uitzonderingen na hebben RTD's een maximale temperatuurwaarde van ongeveer 1200 graden Fahrenheit. In tegenstelling tot thermokoppels hebben RTD's geen last van drijven, tenzij ze routinematig worden blootgesteld aan temperaturen die de aangegeven waarde overschrijden.
Thermistors
Net als RTD's zijn thermistors gebaseerd op weerstandsveranderingen. In tegenstelling tot RTD's bestaan thermistors uit een slurry van oxiden in plaats van zuiver platina. Door gebruik te maken van gemengde oxiden kunnen fabrikanten van thermistors temperatuurcurven voor de specifieke toepassing karakteriseren en creëren. Gemengde materialen voorkomen in dit geval dat de sensor een lineaire temperatuurstijging veroorzaakt. In plaats daarvan wordt de temperatuuruitlezing beïnvloed door de weerstand, waardoor een gebogen progressie ontstaat.
Hoewel dit een uitdaging kan zijn voor veel toepassingen, betekent dit dat de sensor is ontworpen voor een specifieke toepassing. Over het algemeen zijn thermistors gebouwd voor temperaturen van minder dan 500 graden Fahrenheit en zijn ze het meest geschikt voor zeer kleine temperatuurbereiken. Bloedanalysatoren gebruiken bijvoorbeeld vaak thermistors omdat de temperatuur van het bloed slechts een kleine hoeveelheid kan fluctueren. Bedieners van de machine hebben een zeer gevoelige sensor nodig die zeer snel een lichte temperatuurverandering kan detecteren. Thermistors schitteren in deze toepassingen.
Hoewel sommige hogetemperatuurthermistors beschikbaar zijn, hebben de meeste een zeer beperkt nuttig temperatuurbereik. De nauwkeurigheidsband is zeer klein en thermistors zijn gevoelig voor drijven bij verhoogde temperaturen.
Deze sensoren zijn ideaal voor verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen (HVAC), medische toepassingen zoals bloed- of lichaamsvloeistofanalyse en de temperatuuruitlezing buiten op het dashboard’van een voertuig.
Net als RTD's zijn thermistors gevoelige sensoren die niet bestand zijn tegen veel trillingen of buigen.
Welk type sensor is geschikt voor mijn toepassing?
Zoals u kunt zien, hebben de drie soorten sensoren een grote variabiliteit in mogelijkheden en functionaliteit. Het selecteren van de juiste temperatuursensor is afhankelijk van de temperatuur en de nauwkeurigheidsvereisten van het systeem. Over het algemeen wordt de selectie niet bepaald door het type verwarming. Opmerking: Een uitzondering is wanneer de sensor in het verwarmingspakket is geïntegreerd. Wanneer bijvoorbeeld een sensor in een patroonverwarming wordt geplaatst, wordt een thermokoppel aanbevolen vanwege de kleine diameter, duurzaamheid en het vermogen om de hogere temperaturen in de verwarming te weerstaan.
Dus bij het selecteren van een sensor zijn thermokoppels bestand tegen temperaturen tot 4200 graden Fahrenheit in vergelijking met de lagere temperaturen die aanvaardbaar zijn voor RTD's (tot 1200 graden) en thermistors (tot 500 graden). Anderzijds zijn thermistors en RTD's nauwkeuriger dan thermokoppels. De juiste afweging is afhankelijk van de vereisten van het systeem.
Waar moet een sensor worden geplaatst?
De systeemvereisten bepalen opnieuw zoveel voor sensoren. Het vinden van de juiste plaatsing voor de sensor is niet anders.
Denk aan de oven in uw huis. Als u een pizza of cake bakt, wilt u weten dat de temperatuur in het midden van de oven precies is wat het recept nodig heeft. Laten we zeggen dat het verwarmingselement zich bovenaan de oven bevindt. Als de sensor te hoog in de oven geplaatst is, zal deze de temperatuur van het verwarmingselement beter waarnemen dan de temperatuur in het midden van de oven. De taart wordt ondergedoken. Plaats de sensor te laag in de oven en het midden van de oven is warmer dan de uitlezing en de taart wordt overgebakken.
Wat is de ideale locatie? Helaas kan de sensor niet in het midden van de oven zitten, omdat het voedsel kan breken als het naar binnen en naar buiten wordt verplaatst. Moet de sensortip door de muur prikken of is een langere sensor tegen de ovenwand geklemd een betere oplossing? Elk antwoord wordt geleverd met afwegingen die de systeemontwerper moet wegen.
Onderdompelingsdiepte is een overweging bij andere toepassingen, zoals de temperatuur van vloeistof die door een leiding loopt. In dit voorbeeld kunnen de vloeistofstroomsnelheid en de buitentemperatuur de waarde op de sensor beïnvloeden.
Als de omgevingstemperatuur koud is, maar het systeem heeft een warme vloeistof die door de leiding loopt, zal de omgevingstemperatuur warmte van de leiding en van de sensor wegtrekken. Als de sensor zich niet op de juiste locatie bevindt of als het debiet in een deel van de leiding sneller of langzamer is, kunnen de uitlezingen heel anders zijn, ook al verandert de temperatuur van de vloeistof niet. Een fout in de plaatsing kan zich vertalen in foutieve metingen en kostbare fouten in het proces.
Sensoren onderhouden en vervangen
Sensoren kunnen vele jaren nauwkeurig en efficiënt werken als de omgeving en het gebruik geschikt zijn voor de sensor. Zoals hierboven vermeld, zijn thermokoppels robuuster en kunnen ze functioneren bij blootstelling aan trillingen en hoge temperaturen. RTD's en thermistors zijn gevoeliger. Voor elk type sensor kan de levensduur onder ideale omstandigheden 20 tot 25 jaar zijn. In zware omstandigheden kan de levensduur drie tot vijf jaar of korter zijn.
Vroegtijdige sensorstoringen treden meestal op als gevolg van blootstelling van de sensor aan temperaturen die de maximale waarde overschrijden. Wanneer de sensor wordt blootgesteld aan temperaturen die hoger zijn dan de nominale waarde, wordt deze afgebroken en wordt de levensduur verkort. Een andere veelvoorkomende oorzaak van sensorstoringen is het binnendringen van vocht. Alle sensoren zijn gevoelig voor vocht als ze niet goed worden afgedicht, met name sensoren die in vochtige omgevingen werken. Wanneer vocht de sensor binnendringt, breekt de isolatieweerstand af en raakt deze kortgesloten.
Het bewaken en proactief vervangen van sensoren die gevoelig zijn voor zware omstandigheden kan voordelig zijn. Een onverwachte sensorstoring kan downtime veroorzaken, wat resulteert in productiviteitsverlies. Dit kost uw bedrijf tijd en geld. Door sensoren volgens een vooraf bepaald schema te vervangen, kan uw team de uitvaltijd vooraf plannen en verloren productie minimaliseren.
Redundante sensoren voor veiligheid
Sensorstoringen leiden wel tot veiligheidsproblemen. Als gevolg hiervan zijn veel systemen ontworpen met redundante en high-limit sensoren om een systeem uit te schakelen als de temperatuur stijgt tot onveilige niveaus. Laten we teruggaan naar de voedselbereidingsfaciliteit en de frituurinstallatie. Als de RTD-sensor uitvalt terwijl het element verwarmt, blijft de olietemperatuur stijgen tot onveilige niveaus omdat de schakelaar niet de informatie ontvangt die nodig is om het verwarmingselement uit te schakelen. Op een gegeven moment zou de olie ontbranden en een brand veroorzaken.
In een overtoerensituatie zoals deze, schakelt de hoge limiet sensor het gehele systeem uit wanneer de temperatuur een bepaald niveau overschrijdt. Opmerking: In dit voorbeeld zijn er waarschijnlijk andere veiligheidsmaatregelen getroffen, zoals het controleren van het oliepeil.
In sommige gevallen zullen systeemontwerpers extra sensoren inbouwen. Wanneer een storing optreedt, draait de operator een schakelaar om de andere sensor te activeren. Deze aanpak wordt vaak gebruikt in toepassingen waarin de installatiekosten duur zijn, het systeem op een externe locatie wordt bediend of het een belangrijk proces is, zoals bij raffinaderijen. In deze situaties wordt het systeem gecreëerd zodat de operator niet hoeft na te denken over het vervangen van sensoren of het plannen van een veldtechnicus om het defecte apparaat te vervangen.
De experts’van Watlow zijn marktleiders in sensoren
Het selecteren en implementeren van de juiste sensor is niet alleen een veiligheidsprobleem, maar kan ook een echte impact hebben op de efficiëntie en productiviteit van uw proces en uiteindelijk op de inkomsten. In de halfgeleiderindustrie kan een tiende van een graad van verloren nauwkeurigheid resulteren in een paar tiende van een procent of meer aan verloren rendement. In de halfgeleidersector vertaalt zich dat in honderdduizenden dollars.
In andere toepassingen kan het overwegen van sensoren te laat in de ontwerpfase leiden tot een slechte locatie van de sensor, wat systeemproblemen veroorzaakt of de noodzaak om het systeem volledig opnieuw te ontwerpen. Als u vandaag niet aan een sensor van $ 30 denkt, kan dit later leiden tot honderdduizenden dollars aan herontwerpkosten.
Neem vandaag nog contact op met een vertegenwoordiger van Watlowen ons team zal u helpen de juiste sensor voor uw toepassing te vinden. Onze sensorexperts staan klaar om uw team te helpen bij het implementeren van de beste oplossing met behulp van best practices uit de sector om de beste resultaten uit uw sensoren en systeem te halen.