溫度變送器介紹
關(guān)于精度
目前市面上普遍提到智能溫度變送器精度時(shí)都是以0.1%、0.2%、0.5%或1%等百分?jǐn)?shù)給出的,乘以對(duì)應(yīng)的量程就是實(shí)際的數(shù)字精度。實(shí)際上這是不規(guī)范的,也會(huì)給用戶造成很大的困惑。大部分用戶也都是在“稀里糊涂”的用。這里只討論智能變送器(帶處理器的),模擬型變送器由于指標(biāo)有限,所以不列入討論范圍。
智能變送器的精度實(shí)際上是取決于兩個(gè)部分:模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)。變送器先通過ADC將傳感器模擬量轉(zhuǎn)換成可運(yùn)算的數(shù)字量進(jìn)行處理,再通過DAC輸出4~20mA或0~10V的模擬量。
這兩個(gè)部分都有各自的誤差和溫漂指標(biāo)。
例:PT100輸入時(shí),ADC精度為0.1℃,DAC輸出為4~20mA,DAC精度為0.05%。那么,
當(dāng)量程設(shè)置為200℃時(shí),總的精度為0.1/200*100%+0.05%=0.1%
當(dāng)量程設(shè)置為100℃時(shí),總的精度為0.1/100*100%+0.05%=0.15%
可見,一個(gè)變送器總的百分?jǐn)?shù)精度是隨著量程變化而變化的,且量程越小,精度會(huì)相應(yīng)下降,這也是為什么一些廠家會(huì)給出變送器允許的最小量程,目的就是為了保證符合給出的精度指標(biāo)。
目前大部分用戶還都對(duì)精度指標(biāo)理解不是很透徹,所以針對(duì)這一情況,特此加設(shè)這一篇“關(guān)于精度”的敘述,希望這篇簡單的闡述能幫助到廣大用戶,能使廣大朋友在實(shí)際需求和使用時(shí)能夠得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)指標(biāo)。
以下是智能型溫度變送器精度的計(jì)算方法:
模擬量輸出型,如4~20mA或0~10V:
總的百分?jǐn)?shù)精度 = 模數(shù)轉(zhuǎn)換精度 / 量程 * 100% + 數(shù)模轉(zhuǎn)換精度
總的數(shù)字精度 = 總的百分?jǐn)?shù)精度 * 量程 = 模數(shù)轉(zhuǎn)換精度 + 數(shù)模轉(zhuǎn)換精度 * 量程
總線輸出型,如RS485、RS232、HART、FF等:
總的百分?jǐn)?shù)精度 = 模數(shù)轉(zhuǎn)換精度 / 量程 * 100%
總的數(shù)字精度 = 模數(shù)轉(zhuǎn)換精度
可見,通過總線輸出型是可以直接得到模數(shù)轉(zhuǎn)換精度的,而無須疊加數(shù)模轉(zhuǎn)換精度,因此如果要實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量,最好是通過總線型變送器。
精度舉例
1.輸入PT100,量程0~200℃,變送器模數(shù)轉(zhuǎn)換精度0.05℃,數(shù)模轉(zhuǎn)換精度0.02%。則,
總的百分?jǐn)?shù)精度 = 0.05 / (200 - 0) * 100% + 0.02% = 0.045%
總的數(shù)字精度 = 0.045% * (200- 0) = 0.09℃ 或 總的數(shù)字精度 = 0.05 + 0.02% * 200 = 0.09℃
2. 輸入PT100,量程0~200℃,變送器模數(shù)轉(zhuǎn)換精度0.05℃,RS485輸出。則,
總的百分?jǐn)?shù)精度 = 0.05 / (200 - 0) * 100% = 0.025%
總的數(shù)字精度 = 0.05℃
一體化智能溫度變送器精度
以上論述的是變送器自身的精度,但是實(shí)際使用時(shí),變送器要接傳感器整體使用,而傳感器本身是有制造誤差的,所以總的精度 = 變送器自身精度 + 傳感器精度。比如:A級(jí)PT100在0℃時(shí)誤差是±0.15℃,在100℃時(shí)誤差是±0.4℃。那么如果變送器自身總的數(shù)字精度是0.05℃,則一體化變送器總的數(shù)字精度是0.2~0.45℃之間。這是對(duì)一般的智能型變送器來說的。而高級(jí)的智能變送器是可以修正傳感器的誤差的,也就是傳感器匹配功能??蓪⒄w精度提高60%以上甚至無限接近變送器本身的數(shù)字精度。這使得變送器“不挑剔”傳感器,也就是不論傳感器精度等級(jí)多么低,都可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量,可節(jié)約很大的成本。使用這種功能時(shí),對(duì)操作者和使用的操作設(shè)備要求都非常高的。
“零溫漂”智能一體化溫度變送器
“零溫漂”高精度智能一體化溫度變送器(發(fā)明專利號(hào):CN201310655974.9)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)“JWTB01-2014”均高于“JJG(石油)31-94”和“JJF1183-2007”所約定的所有指標(biāo)。
“零溫漂”智能一體化溫度變送器與其他廠家產(chǎn)品不同之處在于:可修正溫度漂移誤差、可與傳感器匹配并給出全量程、全要素的最大誤差。全要素是指包括熱電偶或鉑電阻的傳感器誤差、溫度補(bǔ)償元件誤差、變送器電子電路溫度漂移誤差和變送器自身誤差在內(nèi)的整體最終的最大誤差,也就是用戶使用時(shí)最終得到的誤差最大值。
“零溫漂”智能一體化溫度變送器實(shí)時(shí)測(cè)量自身溫度并對(duì)發(fā)生的溫度漂移進(jìn)行修正;可將測(cè)量值與內(nèi)部極其穩(wěn)定的參考元件比對(duì)而校準(zhǔn)測(cè)量值;可與熱電阻元件直接匹配,實(shí)現(xiàn)超高精度測(cè)量;內(nèi)嵌專利型非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶計(jì)算模型,克服非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶補(bǔ)償不準(zhǔn)問題,并實(shí)現(xiàn)精密匹配,達(dá)到高精度寬范圍測(cè)量的目的。
舉例一:常規(guī)一體化溫度變送器,0~600℃量程,工作環(huán)境溫度-30~80℃,I級(jí)K型熱電偶傳感器。熱電偶最大誤差:0.4%×600 = ±2.4℃;變送器精度0.1%,誤差為±0.1%×600 = ±0.6℃;冷端補(bǔ)償誤差一般廠家給出為±1℃;溫度漂移誤差0.0025%FS/℃(較好廠家生產(chǎn)),將環(huán)境溫度為40℃的測(cè)量數(shù)據(jù)與0℃時(shí)相比較,可得出一個(gè)溫漂誤差0.0025%×40×600 = 0.6℃,當(dāng)然加寬溫度范圍或使用溫度系數(shù)更大一些的變送器,得到的溫漂誤差會(huì)更大。所以結(jié)論是:
總誤差 = ±(2.4 + 0.6 + 1 + 0.6) = ±4.6℃,換成百分?jǐn)?shù)為±4.6 / 600 ×100% = ±0.77%
舉例二:常規(guī)一體化溫度變送器,0~200℃量程,工作環(huán)境-30~80℃,A級(jí)PT100傳感器。PT100最大誤差為±0.55℃;變送器精度0.2%,誤差為±0.2%×200 = ±0.4℃;溫度漂移誤差0.0025%FS/℃(較好廠家生產(chǎn)),將環(huán)境溫度為40℃的測(cè)量數(shù)據(jù)與0℃時(shí)相比較,可得出一個(gè)溫漂誤差0.0025%×40×600 = 0.6℃,當(dāng)然加寬溫度范圍或使用溫度系數(shù)更大一些的變送器,得到的溫漂誤差會(huì)更大。所以結(jié)論是:
總誤差 = ±(0.55+0.4+0.2) = ±1.15℃,換算成百分?jǐn)?shù)為±1.15 / 200×100% = 0.575%;
通過以上兩個(gè)例子可以看出,一體化溫度變送器再接上傳感器以后,實(shí)際最終用戶得到的精度與最初設(shè)計(jì)的精度是相去甚遠(yuǎn)的,就是因?yàn)闆]有考慮傳感器的誤差和溫漂的影響。要減小此誤差,必須要求變送器要能充分的抑制溫漂影響,且要與傳感器進(jìn)行匹配,減小甚至消除傳感器的制造誤差。