Температура – один из ключевых параметров в любом технологическом процессе, и для её измерения применяется широкий спектр датчиков: термопары, термосопротивления и термисторы. Однако часто возникает проблема совместимости: контроллеры или программируемые реле могут не иметь специализированных входов для работы с конкретными типами сигналов (например, с милливольтами от термопар или сопротивлением от ТС). В таких ситуациях на помощь приходят нормирующие преобразователи (НПТ), которые унифицируют сигнал. В этой статье мы подробно разберем, в каких случаях их применение становится экономически выгодным, сравнив различные варианты подключения.
Назначение НПТ и первая выгода
Нормирующие преобразователи – это устройства-посредники. Их основная задача – преобразовать разнообразные «родные» сигналы датчиков температуры (сопротивление в Омах, напряжение в милливольтах) в стандартизированные и понятные для большинства контроллеров сигналы: ток 0...20 мА (или 4...20 мА) или напряжение 0...10 В.
Рассмотрим основные типы выходных сигналов датчиков:
- Термосопротивления (ТС): выходной сигнал – сопротивление (Ом). Примеры НСХ: 50М, Pt100, 100П.
- Термопары (ТП): выходной сигнал – термо-ЭДС (милливольты). Примеры НСХ: ХА (хромель-алюмель), ХК (хромель-копель), НН (нихросил-нисил).
- Термисторы (NTC/PTC): выходной сигнал – сопротивление (Ом), но с нелинейной характеристикой.
Многие бюджетные модели контроллеров не оснащены входами для таких специфических сигналов и работают только с универсальными токовыми или напряженческими петлями. Покупка более «продвинутого» контроллера с нужными входами может обойтись дороже на 30% и более. Таким образом, первая и очевидная выгода НПТ – возможность использовать более доступные по цене модели принимающего оборудования. Но на этом преимущества не заканчиваются.
Варианты подключения датчика к прибору
Для наглядности рассмотрим несколько типовых схем подключения термопары к контроллеру.
Вариант 1: Прямое подключение (без НПТ)
Термопара напрямую соединяется с контроллером с помощью специального (и дорогого) термопарного компенсационного кабеля (ДКТ). Этот кабель необходим для минимизации погрешностей, возникающих из-за паразитных термо-ЭДС в местах соединений.
Вариант 2: НПТ в головке датчика
Нормирующий преобразователь в компактном исполнении «таблетка» (например, НПТ-2 или НПТ-3) устанавливается непосредственно в головку термопары. Далее к контроллеру можно прокладывать обычный, более дешевый медный кабель (например, МКЭШ), так как сигнал уже унифицирован.
Вариант 3: Выносной НПТ
Термопара подключается к выносному нормирующему преобразователю (например, ОВЕН НПТ-1К) коротким термопарным кабелем (2 метра). Сам НПТ, установленный в удобном месте, затем соединяется с контроллером длинным медным кабелем МКЭШ.
Вариант 4: Взрывозащищенный НПТ
Для работы во взрывоопасных зонах применяется искробезопасный нормирующий преобразователь (например, НПТ-1К.Ех). Он выполняет двойную функцию: преобразует сигнал и обеспечивает гальваническую развязку, предотвращая передачу опасной энергии в опасную зону. Подключение осуществляется медным кабелем МКЭШ.
Вариант 5: Искробарьер + термопарный кабель
Альтернатива предыдущему варианту для взрывоопасных зон: термопара подключается через отдельный искробарьер (например, ОВЕН ИСКРА-ТП), а от него до контроллера прокладывается термопарный кабель.
Сравнительный расчет стоимости и выводы
Таблица со стоимостью оборудования и кабелей для разных вариантов.
Случай 1: Стандартные условия (питание НПТ от контроллера)
Сравнивается стоимость кабельной инфраструктуры для прямого подключения (термопарный кабель) и для схем с НПТ (короткий термопарный + длинный медный). Цены на термопару и контроллер в расчет не берутся.
Вывод по Таблице 1: При длине линии связи до 8 метров экономически целесообразнее использовать прямой термопарный кабель. Однако, начиная с расстояния 8 метров и более, установка нормирующего преобразователя становится выгоднее за счет замены дорогого термопарного кабеля на более дешевый медный. И это без учета потенциальной экономии на самом контроллере!
Случай 2: Необходимость отдельного источника питания
Если контроллер не может обеспечить питание НПТ, в схему добавляется блок питания (например, ОВЕН БП30Б).
Вывод по Таблице 2: Добавление блока питания увеличивает стоимость вариантов с НПТ. В этом случае «точка окупаемости» сдвигается: применение нормирующего преобразователя становится выгодным при длине линии свыше 15 метров.
Случай 3: Работа во взрывоопасной зоне
Это самый показательный пример. При прямом подключении требуется обязательная установка искробарьера. Нормирующий преобразователь во взрывозащищенном исполнении (НПТ-1К.Ех) совмещает в себе обе функции, что упрощает схему.
Вывод по Таблице 3: В условиях взрывоопасной зоны комбинированное устройство (НПТ + искрозащита) демонстрирует высокую эффективность. Окупаемость его применения наступает, если длина термопарного кабеля превышает 16 метров.
Итоговые рекомендации
Главный вывод исследования очевиден: при значительном расстоянии между датчиком температуры и контроллером (от 8-16 метров и более) применение нормирующих преобразователей является экономически оправданным. Выгода складывается из двух факторов: экономии на стоимости кабеля (замена дорогого специализированного на дешевый медный) и возможности выбора более бюджетной модели контроллера с универсальными входами.
Дополнительными преимуществами, помимо экономии, являются: повышение помехозащищенности сигнала (токовая петля 4-20 мА менее подвержена наводкам), гальваническая развязка цепей, а в случае взрывозащищенных исполнений – упрощение схемы и снижение количества оборудования.
Оптимальным решением для новых проектов может стать покупка датчиков температуры со встроенным нормирующим преобразователем (например, НПТ-3), что избавляет от необходимости отдельного монтажа и подключения.
24.06.2021 года прошел вебинар по нормирующим преобразователям ОВЕН НПТ. Запись вебинара доступна по ссылке.
Авторы статьи:
Алексей Сидорцев
Никита Молодцов
Больше интересных статей здесь: Факты.
Источник статьи: В чем выгода применения нормирующих преобразователей.