センサーの完全性により温度測定の精度が保証されます

温度の測定でも制御でも、センサーから始まります。 より優れたセンサーにより、より優れたプロセス測定が可能になります。 この機能は、もともと InTech Focus 温度と圧力の 2022 年 5 月号に掲載されました。

すべての温度アプリケーションが高精度の測定であるわけではありませんが、設置開始時のセンサーのドリフトを排除するためのベスト プラクティスを適用できます。 これにより、ユーザーは、動作中の将来のドリフトによって生じる可能性のあるダウンタイムやトラブルシューティングを回避しながら、最適な結果を達成することができます。温度システムの精度には、個々のセンサーの精度、延長ワイヤ、測定デバイスなどのいくつかの要因が影響します。 温度測定または温度制御を伴うプロジェクトに着手するときは、次の基本的な経験則を考慮してください。

温度の測定および制御に使用できる最も一般的な温度センサーには、熱電対、測温抵抗体 (RTD)、サーミスター、および半導体ベースのセンサーが含まれます。 ここでは、T/C、RTD、およびリモート入出力 (I/O) についてのみ説明します。

熱電対 (T/C) は、米国でプロセス制御に使用される最も一般的な温度測定センサーです。 T/C の使用は業界で実証済みのテクノロジーです。 頑丈で、比較的安価で、使いやすいです。

理論的には、任意の 2 つの異なるタイプの導電性材料を使用して熱電対を作成できます。 ただし、使用される組み合わせはほんのわずかです。 熱電対で使用するために選択される材料の組み合わせの基準には、相対ゼーベック係数の大きさ、化学的安定性、冶金的安定性、強度、延性、およびコストが含まれます。米国規格協会 (ANSI) では 8 つの標準熱電対タイプが確立されています。 ) は、T、J、K、E、N、S、R、B の 8 つのタイプに文字の指定を割り当てました (表 1)。 指定は、これらの熱電対の電圧と温度の関係に基づいています。 名称はその組成に基づくものではありません。 ASTM E230 規格に基づいて構築された T/C はより正確です。 ASTM E320 規格は熱電対の精度を管理します。

ASTM E230 規格に基づいて構築された熱電対センサーは、より正確です。 ASTM E320 規格は、以下の表 2 に示すように、熱電対の精度を規定します。

熱電対は、不確実性を半分に減らすプレミアムまたはスペシャルグレードのワイヤを使用して構築できます。 プレミアム/特別の指定は、このワイヤがより高純度の合金混合物であることを示します。 高級/特別グレードの T/C であっても、ムーア インダストリーズでは、精度、再現性、安定性が T/C よりも優れているため、可能な限り T/C の代わりに RTD を使用することを推奨しています。表 3 と表の精度データを比較すると、 2. プレミアムグレードのセンサーを使用すると、不確実性が半分に軽減されることに注目してください。 T/C を使用する必要がある場合は、プレミアム グレードを使用すると、コストの差はほとんどなく、より優れた安定性が得られます。 熱電対で常に見られる問題は、ワイヤの汚染です。 汚染が発生すると、誤差が徐々に増加し、センサーの交換が必要になるまでに達します。

T/C 延長線を T/C に接続すると、測定の不確実性がさらに高まります (表 4)。 T/C 延長ワイヤが指定範囲外の温度にさらされる場合は、代わりに実際の熱電対ワイヤを使用することを検討してください。不確実性に加えて、T/C 延長ワイヤは無線周波数干渉 (RFI) や電磁干渉 (EMI) の影響を受けやすくなります。 J および K 熱電対タイプの延長ワイヤは、ワイヤが清潔で汚れていない場合、さらに ±2.2°C (±4.0°F) の不確実性を追加します。 また、T/C 延長線は RFI や EMI のアンテナとして動作する傾向があります。 ベスト プラクティスを使用して、これらの低レベル mV 信号から破壊的なノイズが入らないようにしてください。 T/C 延長ワイヤーは交換時期まで劣化します。 より多くの延長ワイヤーと交換すると、T/C 延長ワイヤー交換ループが永続化します。 ただし、プレミアムグレードの T/C 延長ワイヤは潜在的な誤差を半分にカットするため、選択する必要があります。表 3 に示す制限外の温度にさらされて延長ワイヤにストレスがかかると、不確実性が増大します。 空気中の影響で金属が汚染されると、プレミアムグレードの延長ワイヤーでもエラーが発生する可能性があります。 温度伝送器またはリモート I/O を設置し、T/C 延長線をできるだけ T/C の近くに設置することを推奨します。

T/C 延長ワイヤを省略できるオプションがあり、それによって信頼性の高い測定を確保できます。 オプションには、コストを考慮する必要がある温度トランスミッタとリモート I/O があります。温度トランスミッタ、リモート I/O、および温度コンセントレータ モジュールにより、高価な T/C および RTD 延長ワイヤやその他のポイントツーポイント ワイヤが不要になります。 1 つのデジタル通信リンクで現場と制御室の間で温度測定、プロセス監視、および制御信号を送信します。 温度集中モジュール (TCM) や温度トランスミッタ/信号コンバータなどの関連テクノロジには、特定のモジュール タイプに応じて、RTD、T/C、オーム、mV またはポテンショメータ、および電流または電圧用に構成可能なプログラマブル入力があります。 多くの場合、出力は HART、PROFIBUS PA、FOUNDATION フィールドバス、MODBUS RTU などをサポートします。

RTD ワイヤは純粋な材料であり、通常はプラチナ、ニッケル、または銅です。 この材料には正確な抵抗と温度の関係があり、温度の指標を提供するために使用されます。 通常、RTD 要素は、酸化マグネシウムで保護シースから絶縁および隔離されたステンレス鋼の保護プローブ内に収容されます。白金、銅、またはニッケルで構築された一般的な RTD センシング要素には、再現可能な抵抗対温度関係 (R 対 T) および動作温度範囲があります。 R と T の関係は、温度変化 1 度あたりのセンサーの抵抗変化量として定義されます。 抵抗の相対的な変化 (抵抗の温度係数) は、センサーの有効範囲内でわずかに変化します。

Moore Industries では、すべての RTD を熱エージングして、現場に投入した後のドリフトを最小限に抑えます。 RTD は 0°C と 600°C で 1,000 時間の温度サイクルを繰り返し、精度は 5 年以上維持されます。 通常、熱老化させるのはクラス A センサーのみです。 熱電対測定にはプレミアムグレードの T/C ワイヤを使用することが推奨されるのと同様に、不確実性を半減するクラス A RTD センサーにアップグレードすることも推奨されます。

特定の用途で可能な限り最高の精度が要求される場合、ムーア氏はバス校正機能を備えた温度測定システムを注文することをお勧めします。 クラス A RTD センサーは、トランスミッターまたはリモート I/O 測定デバイスに合わせて校正するためにバス内で校正されます。 このプロセスにより、すべてのセンサーに存在する最終的な「完成時の」オフセット誤差が排除されます。 その後、センサーと温度トランスミッターを組み合わせた不確かさを示す NIST トレーサブルな校正レポートを受け取ります。これは通常、±0.01°F より良好です。

1000Ω白金測温抵抗体「秘密」。 3 線式 RTD を使用し続けなければならず、DCS への長いリード線がある場合は、100 Ω Pt RTD を 1,000 Ω Pt RTD に置き換えることを検討してください。 これを行うと、リード線の抵抗の不均衡によって生じる誤差が 10 分の 1 に減少します。

測定パフォーマンスを最適化し、長期的なメンテナンス費用を最小限に抑えるには、次のガイドを使用してセンサーを選択してください。

すべての温度測定は、温度表示またはプロセス制御に使用されるかどうかに関係なく、センサーから始まります。 熱電対と RTD は、産業用途で使用される最も一般的な温度センサーです。 温度トランスミッタ、リモート I/O、および温度コンセントレータ モジュールは、現場と制御室の間で温度測定値、プロセス監視、および制御信号をデジタル通信で送信することにより、高価な T/C および RTD 延長線やその他のポイントツーポイント ワイヤを不要にします。詳細については、「Moore Industries 温度リファレンス ガイドブック」を参照してください。この機能は、もともと InTech Focus 温度と圧力の 2022 年 5 月号に掲載されていました。

ゲイリー・プレンティスはムーア・インダストリーズの営業担当副社長です。 彼は、英国、ベルギー、オランダ、中国、オーストラリアにあるムーア インダストリーズの国際オフィスの直接販売管理を含む、会社のすべての販売活動と責任を管理しています。

無料の電子ニュースレターをチェックして、さらに素晴らしい記事をお読みください。