Máy phát nhiệt độ là một thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển quá trình công nghiệp. Chức năng cốt lõi của nó là chuyển đổi các tín hiệu yếu được phát hiện bởi các cảm biến nhiệt độ (chẳng hạn như cặp nhiệt điện, điện trở nhiệt RTDS hoặc nhiệt điện trở) thành tín hiệu quy trình công nghiệp tiêu chuẩn (phổ biến nhất là tín hiệu dòng điện một chiều 4-20mA hoặc tín hiệu số), sau đó truyền tín hiệu này đến các thiết bị hiển thị, bộ điều khiển, hệ thống thu thập dữ liệu hoặc bộ truyền động đặt trong phòng điều khiển hoặc ở khoảng cách xa.
Nguyên lý làm việc của máy phát nhiệt độ có thể được tóm tắt thành các bước chính sau:
Nhận thức nhiệt độ và tạo tín hiệu thô:
Cảm biến nhiệt độ (thường là cặp nhiệt điện hoặc điện trở nhiệt như Pt100) tiếp xúc trực tiếp với môi trường được đo để cảm nhận sự thay đổi nhiệt độ của nó.
Cặp nhiệt điện (T/C): Dựa trên hiệu ứng Seebeck, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai kim loại khác nhau ở đầu đo (đầu nóng) và đầu tham chiếu (đầu lạnh), một điện thế nhiệt điện (tín hiệu điện áp mức millivolt{0}}, mV) tỷ lệ với chênh lệch nhiệt độ sẽ được tạo ra trong mạch.
Điện trở nhiệt (RTD): chẳng hạn như Pt100, dựa trên tính chất vật lý là giá trị điện trở của dây dẫn kim loại tăng khi nhiệt độ tăng (hệ số nhiệt độ dương). Nhiệt độ thay đổi làm cho giá trị điện trở của nó thay đổi (ví dụ: 100Ω ở 0 độ).
Điện trở nhiệt: Dựa vào đặc tính là giá trị điện trở của vật liệu bán dẫn thay đổi đáng kể theo nhiệt độ, chúng được phân thành loại hệ số nhiệt độ âm (NTC) và hệ số nhiệt độ dương (PTC).
Điều hòa tín hiệu (bước chính):
Khuếch đại: Tín hiệu ban đầu do cảm biến tạo ra (thay đổi mức điện áp hoặc điện trở MV) cực kỳ yếu. Mạch điện tử bên trong máy phát trước tiên sẽ khuếch đại tuyến tính nó đến mức tiêu chuẩn phù hợp cho quá trình xử lý tiếp theo.
Bù đầu lạnh (đối với cặp nhiệt điện): Điện thế nhiệt điện do cặp nhiệt điện tạo ra là hàm số của sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh (đầu tham chiếu, thường nằm ở cực bên trong của máy phát). Để có được nhiệt độ đo chính xác (so với 0 độ), máy phát cần đo nhiệt độ thực tế ở đầu cuối của nó (nhiệt độ đầu lạnh), tính toán điện thế nhiệt điện cần được bù dựa trên nhiệt độ này và đặt chồng (hoặc quy trình tương đương) lên tín hiệu ban đầu, từ đó loại bỏ lỗi do thay đổi nhiệt độ đầu lạnh.
Tuyến tính hóa: Mối quan hệ nhiệt độ/điện trở-nhiệt điện giữa cặp nhiệt điện và điện trở nhiệt không phải là một đường thẳng hoàn hảo mà có một mức độ phi tuyến nhất định. Máy phát thường lưu trữ đường cong tuyến tính hóa tương ứng với loại cảm biến bên trong (hoặc tính toán bằng công thức). Tín hiệu khuếch đại/bù được tuyến tính hóa để biểu thị trực tiếp và tuyến tính giá trị nhiệt độ đo được.
Lọc-thấp: Nó loại bỏ nhiễu tần số-cao có thể có trong tín hiệu (chẳng hạn như nhiễu điện từ, nhiễu rung, v.v.) để nâng cao độ ổn định và độ chính xác của tín hiệu.
Chuyển đổi tín hiệu
Chuyển đổi tín hiệu tương tự (điện áp) đã được điều hòa (khuếch đại, bù, tuyến tính hóa, lọc) và thể hiện chính xác nhiệt độ đo được thành tín hiệu đầu ra tiêu chuẩn công nghiệp.
Tín hiệu đầu ra được sử dụng phổ biến nhất là tín hiệu dòng điện 4-20mA: tín hiệu dòng điện được chuyển đổi chạy qua vòng lặp. Nhiệt độ 0 hoặc giới hạn dưới của phạm vi thường tương ứng với 4mA và nhiệt độ toàn thang tương ứng với 20mA. Tại sao 4-20mA?
Độ lệch zero 4mA: Nó có thể phân biệt thuận tiện các tín hiệu thấp thực sự hiệu quả (4mA) với các lỗi đường dây ngắt kết nối cảm biến (0mA).
Chống nhiễu-mạnh: So với tín hiệu điện áp, tín hiệu dòng điện không nhạy cảm với những thay đổi về điện trở của dây và sụt áp trong quá trình truyền-đường dài và ít có khả năng bị nhiễu điện từ hơn.
Nguồn điện hai{0}}dây: Nhiều máy phát áp dụng thiết kế hai{1}dây, nghĩa là chúng cung cấp điện và truyền tín hiệu dòng điện đồng thời qua hai dây. Giá trị tối thiểu 4mA đảm bảo yêu cầu dòng điện hoạt động tối thiểu của máy phát (thường được gọi là "điểm 0 hoạt động").
Truyền tín hiệu
Tín hiệu tiêu chuẩn được chuyển đổi (chẳng hạn như 4-20mA) được truyền đến đầu từ xa thông qua dây dẫn. Do đặc tính được tiêu chuẩn hóa, phòng điều khiển hoặc PLCS và các thiết bị khác có thể trực tiếp nhận và xử lý tín hiệu này để:
Hiển thị giá trị nhiệt độ (trên bảng điều khiển, trạm vận hành DCS/SCADA).
Đầu vào bộ điều khiển (chẳng hạn như bộ điều khiển PID) để vận hành và điều chỉnh logic.
Được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu lịch sử hoặc được sử dụng để đánh giá cảnh báo.
Dẫn động bộ truyền động (nếu cần điều khiển-dựa trên nhiệt độ).
