Pemancar Suhu: Cara Kerja, Akurasi dan Seleksi

SEBUAHpa Itu Pemancar Suhu dan Bagaimana Cara Kerjanya?

A pemancar suhu bekerja dengan menerima keluaran listrik dari elemen penginderaan suhu, memprosesnya melalui pengkondisian sinyal internal dan sirkuit linierisasi, dan menghasilkan keluaran standar yang sebanding dengan suhu yang diukur. Arsitektur internal pemancar suhu digital modern terdiri dari empat tahap fungsional yang bersama-sama mengubah sinyal sensor nonlinier mentah menjadi keluaran akurat dan tahan kebisingan yang cocok untuk transmisi jarak jauh dan pemrosesan langsung oleh sistem kontrol terdistribusi atau pengontrol logika yang dapat diprogram.

Empat Tahapan Internal Pemancar Suhu

Rantai pemrosesan sinyal di dalam pemancar suhu industri modern mengikuti arsitektur yang konsisten terlepas dari apakah inputnya berasal dari termokopel, RTD, atau jenis sensor lainnya:

• Akuisisi sinyal masukan: Rangkaian masukan pemancar menerima sinyal sensor, yang dapat berupa EMF tingkat milivolt dari termokopel (biasanya 0 hingga 60 mV tergantung pada jenis dan rentang suhu) atau nilai resistansi dari RTD (biasanya 100 hingga 400 ohm untuk sensor Pt100 di seluruh rentang pengukurannya). Sirkuit input menyediakan arus eksitasi untuk sensor RTD (biasanya 0,2 hingga 1,0 mA untuk meminimalkan kesalahan pemanasan sendiri) dan menerapkan amplifikasi impedansi input tinggi ke sinyal milivolt termokopel untuk menghindari pemuatan output sensor.
• Konversi analog ke digital: Sinyal input yang diperkuat diubah menjadi representasi digital dengan konverter analog ke digital resolusi tinggi, biasanya dengan resolusi 16 hingga 24 bit. Resolusi tinggi ini memastikan bahwa pemancar dapat mengatasi perubahan suhu yang sangat kecil dalam rentang pengukuran yang dikonfigurasi. Konverter 16 bit pada rentang 100 derajat Celcius menyelesaikan perubahan suhu individual sekitar 0,0015 derajat Celcius, yang jauh lebih baik daripada ketidakpastian pengukuran akhir sistem namun memberikan presisi internal yang diperlukan untuk menjaga akurasi setelah linearisasi dan komputasi keluaran.
• Linearisasi dan kompensasi: Prosesor digital menerapkan polinomial karakterisasi spesifik sensor yang disimpan dalam memori pemancar untuk mengubah nilai digital mentah menjadi nilai suhu. Langkah linierisasi ini penting karena baik EMF termokopel versus suhu maupun resistansi RTD versus suhu tidak linier; polinomial karakterisasi yang ditentukan dalam standar IEC 60584 untuk termokopel dan standar IEC 60751 untuk Pt RTD mengkompensasi ketidaklinieran ini. Untuk pemancar termokopel, tahap ini juga menerapkan kompensasi sambungan dingin yang memperhitungkan suhu sambungan referensi di terminal pemancar, yang harus diukur dan dikurangkan dari keluaran termokopel untuk menghasilkan pembacaan suhu proses yang akurat.
• Generasi keluaran: Nilai suhu yang dilinearisasi digunakan untuk menghitung arus keluaran dengan memetakan suhu yang diukur secara linier ke kisaran arus 4 hingga 20 mA. Pemancar menggerakkan sumber arus presisi yang mempertahankan keluaran arus yang dihitung secara independen dari tegangan suplai loop dan resistansi kabel, memberikan sinyal loop arus independen tegangan yang dilihat oleh instrumen penerima sebagai variabel proses.

Bagaimana Pemancar Suhu Bekerja dengan Termokopel?

Termokopel adalah sambungan dua kabel logam berbeda yang menghasilkan gaya gerak listrik (EMF) kecil yang sebanding dengan perbedaan suhu antara sambungan pengukuran (persimpangan panas, ditempatkan pada titik pengukuran proses) dan sambungan referensi (persimpangan dingin, terletak pada titik di mana kabel termokopel bertransisi ke konduktor tembaga, biasanya di terminal masukan pemancar). Termokopel tidak mengukur suhu absolut; ini mengukur perbedaan suhu, dan pemancar suhu harus menambahkan suhu sambungan referensi untuk mengubah perbedaan ini menjadi suhu proses absolut.

Pemancar suhu modern mencakup sensor kompensasi sambungan dingin internal, biasanya termistor presisi atau sensor celah pita silikon, yang dipasang pada terminal masukan termokopel. Sensor ini mengukur suhu sebenarnya dari terminal masukan pemancar dan menambahkan suhu persimpangan referensi ini ke EMF termokopel yang diukur selama perhitungan linierisasi. Keakuratan kompensasi sambungan dingin merupakan kontributor yang signifikan terhadap ketidakpastian pengukuran keseluruhan sistem pemancar termokopel, dan pemancar berkualitas tinggi menentukan keakuratan kompensasi sambungan dingin secara terpisah dari keakuratan pengkondisian sinyal pemancar. Kesalahan kompensasi sambungan dingin sebesar 0,5 derajat Celcius menambah kesalahan pengukuran keseluruhan terlepas dari kualitas semua komponen sistem lainnya.

Pilihan jenis termokopel menentukan rentang pengukuran, sensitivitas, dan karakteristik kompatibilitas kimia dari kombinasi pemancar sensor. Jenis yang paling umum digunakan dengan pemancar suhu industri adalah:

• Tipe K (Kromel/Alumel): Termokopel industri yang paling banyak digunakan, mencakup kisaran sekitar 200 hingga 1.260 derajat Celcius dengan koefisien Seebeck sekitar 41 mikrovolt per derajat Celcius. Tipe K cocok untuk atmosfer oksidasi dan inert serta memberikan akurasi yang memadai untuk sebagian besar aplikasi pemantauan suhu industri.
• Tipe J (Besi/Konstantan): Cocok untuk atmosfer reduksi atau vakum, dengan kisaran 40 hingga 750 derajat Celcius dan koefisien Seebeck sekitar 51 mikrovolt per derajat Celcius. Output per derajat yang lebih tinggi dibandingkan Tipe K berarti sinyal input pemancar yang lebih kecil untuk diproses, namun konduktor besi membatasi suhu maksimum dan atmosfer yang diizinkan.
• Tipe T (Tembaga/Konstantan): Digunakan untuk pengukuran kriogenik dan suhu rendah dari 200 hingga 350 derajat Celcius, dengan kemampuan pengulangan yang sangat baik pada suhu di bawah 0 derajat Celcius, menjadikannya pilihan utama untuk aplikasi pemantauan ruang dingin dan penyimpanan kriogenik.
• Tipe R dan Tipe S (paduan Platinum/Rhodium): Termokopel logam mulia digunakan pada suhu tinggi dari 0 hingga 1.600 derajat Celcius dalam aplikasi seperti produksi kaca, keramik, dan baja di mana termokopel logam dasar tidak dapat bertahan. Koefisien Seebeck yang lebih rendah (kira-kira 10 mikrovolt per derajat Celcius) memerlukan amplifikasi masukan pemancar resolusi tinggi untuk mencapai akurasi yang memadai.

Pemrosesan Input RTD pada Pemancar Suhu

Detektor suhu resistansi (RTD) beroperasi dengan prinsip fisik yang berbeda secara mendasar dari termokopel, mengukur peningkatan hambatan listrik elemen logam murni (platinum pada tipe Pt100 dan Pt1000) seiring dengan peningkatan suhu. Pemancar menyuplai arus kecil yang diketahui melalui elemen RTD dan mengukur tegangan yang dihasilkan untuk menghitung resistansi, kemudian menerapkan persamaan Callendar Van Dusen atau polinomial karakterisasi IEC 60751 untuk mengubah resistansi ini menjadi suhu.

Konfigurasi koneksi RTD tiga kawat dan empat kawat digunakan untuk menghilangkan efek resistansi kawat timah pada akurasi pengukuran. Dalam konfigurasi dua kabel, resistansi kabel timah (yang bervariasi sesuai suhu sekitar dan panjang kabel) menambah resistansi RTD yang diukur secara langsung dan menimbulkan kesalahan yang tidak dapat diperbaiki. Dalam konfigurasi tiga kabel, pemancar menggunakan jembatan Wheatstone atau rangkaian setara yang menghilangkan resistansi kabel dari kabel balik yang sama, sehingga mengurangi kesalahan hingga perbedaan resistansi antara dua kabel kabel yang terpisah. Dalam konfigurasi empat kabel, pasangan kabel penginderaan arus dan tegangan terpisah sepenuhnya menghilangkan efek resistansi kabel timah pada pengukuran, sehingga mencapai akurasi intrinsik penuh dari sensor RTD. Empat sambungan kawat merupakan standar untuk laboratorium dan aplikasi proses dengan akurasi tinggi; sambungan tiga kawat biasa terjadi pada instalasi industri di mana beberapa kesalahan resistansi timbal sisa dapat diterima.

Seberapa Akurat Pemancar Suhu?

Keakuratan sistem pemancar suhu merupakan gabungan dari beberapa sumber kesalahan individual yang masing-masing berkontribusi terhadap ketidakpastian pengukuran total. Memahami sumber kesalahan ini dan cara menggabungkannya sangat penting untuk memilih pemancar dengan akurasi yang memadai untuk aplikasi tertentu, dan untuk menafsirkan spesifikasi akurasi yang tercantum dalam lembar data pemancar.

Komponen Akurasi Pemancar

Sebuahggaran akurasi sistem pemancar suhu yang lengkap mencakup kontribusi dari sumber berikut:

• Akurasi sensor: Standar IEC 60751 mendefinisikan dua kelas akurasi Pt100 RTD. Sensor Kelas A memiliki akurasi plus atau minus (0,15 0,002 kali nilai absolut T) derajat Celcius, dimana T adalah suhu dalam derajat Celcius, yang menghasilkan kira-kira plus atau minus 0,25 derajat Celcius pada 50 derajat Celcius dan plus atau minus 0,55 derajat Celcius pada 200 derajat Celcius. Sensor Kelas B memiliki toleransi dua kali lipat dari Kelas A. Akurasi termokopel berdasarkan IEC 60584 dinyatakan sebagai persentase pembacaan atau nilai tetap dalam derajat Celcius, mana saja yang lebih besar: termokopel Kelas 1 Tipe K standar memiliki akurasi plus atau minus 1,5 derajat Celcius atau plus atau minus 0,4 persen pembacaan, mana saja yang lebih besar.
• Akurasi referensi pemancar: Akurasi pengkondisian sinyal pemancar, ditentukan pada suhu lingkungan referensi (biasanya 20 hingga 25 derajat Celcius) dalam kondisi stabil. Pemancar suhu industri berkualitas tinggi dari produsen seperti Emerson Rosemount, ABB, Endress Hauser, dan Yokogawa mencapai spesifikasi akurasi referensi plus atau minus 0,05 hingga 0,1 derajat Celsius untuk input RTD dan plus atau minus 0,1 hingga 0,5 derajat Celsius untuk input termokopel, menjadikan pemancar sebagai kontributor yang relatif kecil terhadap ketidakpastian sistem total ketika sensor akurasi tinggi digunakan.
• Efek suhu sekitar: Akurasi pemancar menurun ketika suhu pengoperasiannya menyimpang dari suhu referensi. Efek suhu lingkungan pemancar yang umum ditentukan sebagai perubahan keluaran per derajat Celcius perubahan suhu lingkungan, seringkali dalam kisaran 0,005 hingga 0,02 derajat Celcius per derajat Celcius perubahan lingkungan. Pada pemancar yang ditempatkan di ruang tertutup yang mungkin mengalami suhu sekitar dari minus 20 hingga plus 60 derajat Celcius, efek suhu sekitar dapat menambah ketidakpastian tambahan sebesar 0,4 hingga 1,6 derajat Celcius terhadap kesalahan pengukuran total.
• Penyimpangan jangka panjang: Akurasi pemancar suhu menurun secara bertahap seiring waktu karena penuaan komponen elektronik dan tekanan mekanis akibat siklus termal. Pemancar industri yang dirancang dengan baik menentukan stabilitas jangka panjang dengan rentang plus atau minus 0,1 hingga 0,25 persen selama periode layanan 10 tahun, yang berarti penyimpangan kurang dari 0,1 derajat Celcius per tahun untuk rentang pengukuran 100 derajat Celcius pada umumnya. Verifikasi penyimpangan melalui pemeriksaan kalibrasi berkala adalah praktik standar untuk menjaga integritas pengukuran selama masa pakai pemancar.

Akurasi Praktis dalam Aplikasi Proses

Akurasi gabungan dari sistem sensor dan pemancar yang cocok dalam instalasi proses industri pada umumnya, yang memperhitungkan semua sumber kesalahan, biasanya berada dalam kisaran plus atau minus 0,5 hingga 2 derajat Celcius untuk sistem berbasis RTD dan plus atau minus 1,5 hingga 5 derajat Celcius untuk sistem berbasis termokopel. Kisaran ketidakpastian yang lebih besar untuk sistem termokopel mencerminkan kombinasi akurasi bawaan sensor yang lebih rendah, kesalahan kompensasi sambungan dingin pada pemancar, dan kerentanan pengukuran EMF termokopel yang lebih besar terhadap gangguan listrik.

Untuk aplikasi yang memerlukan ketidakpastian pengukuran di bawah plus atau minus 0,5 derajat Celcius, pilih Pt100 RTD dengan toleransi Kelas A atau 1/3 DIN, sambungkan dalam konfigurasi empat kabel, gunakan pemancar akurasi tinggi yang ditentukan untuk input RTD, dan pasang pemancar di lokasi dengan suhu sekitar yang stabil dan sedang. Sistem empat kawat Pt100 dari produsen terkemuka dapat mencapai ketidakpastian pengukuran gabungan plus atau minus 0,2 hingga 0,3 derajat Celcius dalam instalasi yang terkontrol dengan baik, cocok untuk aplikasi farmasi, makanan, dan proses presisi yang memerlukan kontrol suhu yang lebih ketat.

Perbandingan Akurasi: Sistem Pemancar Termokopel vs RTD

Pemancar Suhu Terintegrasi: Desain dan Keuntungan

An pemancar suhu terintegrasi menggabungkan elemen penginderaan dan elektronik pemancar ke dalam satu rakitan fisik, biasanya dipasang langsung pada thermowell atau di kepala rakitan sensor suhu. Pendekatan terintegrasi ini kontras dengan arsitektur terpisah tradisional di mana sensor jarak jauh terpisah terhubung ke pemancar yang dipasang secara terpisah melalui kabel ekstensi, dan ini memberikan beberapa keunggulan praktis dan kinerja yang menjadikan pemancar terintegrasi sebagai konfigurasi pilihan untuk sebagian besar instalasi suhu proses industri baru.

Konfigurasi Fisik Pemancar Suhu Terintegrasi

Pemancar suhu terintegrasi tersedia dalam dua konfigurasi fisik utama:

• Pemancar yang dipasang di kepala: Modul pemancar ringkas yang dipasang di dalam kepala sambungan rakitan sensor suhu yang dipasang di thermowell. Modul pemancar biasanya menempati rumah format DIN B atau DIN A yang sesuai dengan kepala sambungan standar, dan kabel sensor terhubung langsung ke terminal pemancar di dalam penutup kepala yang disegel. Pemancar yang dipasang di kepala menghilangkan kabel ekstensi antara sensor dan pemancar, menghilangkan sumber pengambilan EMF, kesalahan resistansi timbal, dan degradasi pengukuran yang disebabkan oleh konektor yang memengaruhi sistem kabel yang diperluas. Mereka mengeluarkan sinyal loop arus standar 4 hingga 20 mA pada dua kabel yang keluar dari kepala sambungan ke sistem kontrol, hanya memerlukan kabel kontrol standar daripada kabel ekstensi khusus atau kabel ekstensi termokopel yang diperlukan dalam sistem arsitektur terpisah.
• Pemancar yang dipasang di rel atau rel DIN: Modul pemancar ringkas yang dirancang untuk dipasang pada rel DIN 35 standar di dalam lemari instrumen atau panel marshaling, biasanya menerima input sensor dari sensor medan jarak jauh melalui rangkaian kabel pendek hingga sedang. Pemancar ini menerima rentang input sensor yang sama dengan tipe yang dipasang di kepala tetapi ditempatkan di lingkungan kabinet instrumen yang terkendali, sehingga mengurangi variasi suhu sekitar yang dialami dan menyederhanakan akses untuk konfigurasi dan penggantian. Pemancar yang dipasang di rel biasanya digunakan dalam aplikasi berkelompok di mana beberapa sensor dimasukkan ke dalam satu kabinet, dan dalam instalasi di mana lokasi koneksi proses tidak mengizinkan pemasangan pemancar yang dipasang di kepala karena kendala suhu, getaran, atau akses.

Keunggulan Kinerja Pemancar Terintegrasi

Arsitektur terintegrasi memberikan peningkatan kinerja yang terukur pada sistem pemancar sensor terpisah di beberapa area yang secara langsung memengaruhi kualitas pengukuran dan keandalan sistem:

• Penghapusan kesalahan kawat ekstensi termokopel: Kabel ekstensi termokopel membawa sinyal milivolt termokopel dari kepala sensor ke pemancar jarak jauh atau sistem kontrol. Putusnya, konektor, atau loop ground pada kabel ekstensi ini menyebabkan kesalahan yang tidak dapat dibedakan dari sinyal suhu yang sah pada instrumen penerima. Pemancar yang dipasang di kepala menghilangkan kabel ekstensi sepenuhnya dengan mengubah sinyal milivolt menjadi sinyal loop arus 4 hingga 20 mA di kepala sensor, dan sinyal loop arus sepenuhnya kebal terhadap kebisingan dan kesalahan kebocoran yang merusak sinyal milivolt dalam jangka panjang.
• Peningkatan kekebalan kebisingan: Output loop arus 4 hingga 20 mA dari pemancar terintegrasi jauh lebih tahan terhadap interferensi elektromagnetik (EMI) dari motor terdekat, penggerak frekuensi variabel, dan kabel daya dibandingkan sinyal sensor milivolt yang dibawa melalui kabel ekstensi panjang. Di lingkungan industri dengan kebisingan listrik yang signifikan, peningkatan kekebalan kebisingan ini sering kali menghasilkan pengurangan variabilitas pengukuran yang terukur, yang secara langsung menghasilkan kontrol proses yang lebih stabil.
• Mengurangi biaya pemasangan kabel: Kabel twisted pair berpelindung standar yang digunakan untuk koneksi loop arus 4 hingga 20 mA harganya 40 hingga 60 persen lebih murah per meter dibandingkan kabel ekstensi termokopel khusus yang diperlukan untuk termokopel jangka panjang tanpa kompensasi. Untuk instalasi besar dengan ratusan titik pengukuran suhu pada jarak 50 meter atau lebih dari ruang kendali, perbedaan biaya pemasangan kabel ini menunjukkan penghematan biaya modal yang signifikan yang sebagian atau seluruhnya mengimbangi biaya unit pemancar yang dipasang di kepala lebih tinggi dibandingkan dengan kepala terminal sederhana.

Memilih Pemancar Suhu yang Tepat untuk Kontrol Proses

Memilih pemancar suhu yang tepat untuk aplikasi kontrol proses memerlukan pencocokan spesifikasi pemancar dengan persyaratan pengukuran aplikasi di beberapa dimensi secara bersamaan. Kerangka kerja berikut membahas kriteria pemilihan utama dalam rangkaian keputusan praktis.

Jenis Sensor dan Rentang Pengukuran

Keputusan pemilihan pertama adalah jenis sensor, yang menentukan potensi akurasi mendasar, rentang pengukuran, dan kompatibilitas lingkungan dari sistem. Gunakan sensor RTD (Pt100 atau Pt1000) dan pemancar yang kompatibel untuk aplikasi yang memerlukan akurasi pengukuran lebih baik dari plus atau minus 1 derajat Celcius, untuk suhu di bawah 600 derajat Celcius, dan yang memerlukan stabilitas jangka panjang selama bertahun-tahun dalam layanan berkelanjutan. Gunakan sensor termokopel dan pemancar yang kompatibel untuk suhu di atas 600 derajat Celcius, untuk aplikasi yang memerlukan respons cepat terhadap perubahan suhu yang cepat, atau jika biaya sensor RTD mahal untuk sejumlah besar titik pengukuran.

Pemancar masukan universal yang menerima masukan termokopel dan RTD tersedia dari sebagian besar produsen besar dan sangat berharga dalam fasilitas dengan inventaris sensor yang beragam atau dalam aplikasi retrofit di mana jenis sensor yang ada mungkin tidak diketahui pada saat pengadaan pemancar. Pemancar input universal biasanya mengorbankan sedikit peningkatan akurasi dibandingkan dengan pemancar khusus sensor karena kompromi yang terlibat dalam merancang sirkuit input untuk menangani sinyal termokopel tingkat milivolt dan pengukuran resistansi yang diperlukan untuk input RTD, namun desain modern telah mengurangi penalti akurasi ini menjadi kurang dari 0,05 derajat Celcius dalam banyak kasus.

Protokol Keluaran dan Persyaratan Komunikasi

Protokol keluaran pemancar harus kompatibel dengan infrastruktur sistem kendali penerima:

• Analog 4 hingga 20 mA saja: Cocok untuk sistem DCS dan PLC lama tanpa kemampuan komunikasi lapangan digital, atau untuk aplikasi sederhana yang hanya memerlukan nilai suhu proses saat ini pada sistem kontrol dan tidak ada data diagnostik yang perlu dikirim. Pemancar analog saja adalah pilihan paling sederhana dan berbiaya terendah, hanya memerlukan kartu input analog standar dalam sistem kendali penerima.
• 4 hingga 20 mA dengan HART: Protokol HART (Highway Addressable Remote Transducer) menempatkan sinyal digital pada loop arus 4 hingga 20 mA, memungkinkan konfigurasi, diagnostik, dan data variabel proses sekunder dikomunikasikan ke sistem manajemen aset yang kompatibel dengan HART sementara sinyal primer 4 hingga 20 mA terus beroperasi dengan infrastruktur input analog yang ada. Pemancar berkemampuan HART adalah pilihan dominan untuk instalasi pemancar suhu industri baru di seluruh dunia karena menyediakan kemampuan diagnostik digital tanpa memerlukan penggantian infrastruktur kabel analog yang ada.
• Yayasan Fieldbus atau PROFIBUS PA: Bus lapangan digital murni yang menggantikan loop arus 4 hingga 20 mA dengan protokol komunikasi digital yang membawa beberapa variabel proses, diagnostik, dan parameter konfigurasi melalui sepasang kabel yang dapat menghubungkan beberapa perangkat dalam topologi bus. Cocok untuk instalasi baru yang sistem kontrolnya mendukung protokol ini dan manfaat pengukuran multivariabel serta diagnostik komprehensif dari sepasang kabel tunggal membenarkan biaya teknis instalasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan sistem analog atau HART.
• Nirkabel (NirkabelHART atau ISA100): Pemancar suhu nirkabel yang mengomunikasikan pengukuran ke gateway nirkabel tanpa kabel sinyal apa pun, ditenagai oleh baterai atau mengambil energi dari lingkungan proses. Pemancar nirkabel sangat berharga dalam aplikasi retrofit dimana memasang kabel sinyal baru ke lokasi yang tidak dapat diakses atau berbahaya akan sangat mahal, dan dalam aplikasi pemantauan aset yang bergerak atau berputar, dimana koneksi kabel tidak praktis.

Kondisi Lingkungan dan Proses

Lingkungan fisik di mana pemancar akan dipasang memberlakukan persyaratan pada rumah pemancar, peringkat perlindungan masuknya, dan sertifikasi area berbahaya:

• Perlindungan masuknya: Rumah pemancar harus memiliki peringkat minimum IP65 (kedap debu dan terlindung dari pancaran air) untuk pemasangan di luar ruangan dan lingkungan pencucian; IP67 (perendaman hingga kedalaman 1 meter) untuk aplikasi dengan risiko banjir air; dan IP68 (perendaman terus menerus) untuk pemancar yang dipasang di lokasi terendam. Peringkat IP kepala sambungan dan setiap entri kabel harus diverifikasi, karena perangkat elektronik pemancar mungkin memiliki peringkat IP yang lebih tinggi daripada perlengkapan entri yang sebenarnya digunakan dalam instalasi.
• Sertifikasi area berbahaya: Pemancar yang dipasang di area yang diklasifikasikan berpotensi meledak berdasarkan standar klasifikasi area berbahaya nasional atau internasional harus memiliki sertifikasi yang sesuai untuk klasifikasi area tertentu. Metode perlindungan area berbahaya yang paling umum untuk pemancar suhu adalah keselamatan intrinsik (Ex ia atau Ex ib) untuk digunakan di Zona 0, 1, dan 2 (bahaya gas), dan penutup tahan api dan tahan ledakan (Ex d) untuk aplikasi yang memerlukan pemancar berdaya lebih tinggi. Pastikan persetujuan khusus pemancar mencakup kelompok gas dan kelas suhu yang berlaku di lokasi pemasangan.
• Ketahanan getaran dan guncangan: Dalam instalasi yang terkena getaran mesin proses, pemancar tertentu diuji dan diberi peringkat untuk frekuensi dan amplitudo getaran yang diharapkan. Pemancar untuk aplikasi pemantauan kompresor, pompa, dan turbin harus memenuhi standar pengujian getaran IEC 60068 2 6 dengan tingkat getaran minimal 2g pada rentang frekuensi 10 hingga 2.000 Hz untuk menghindari kegagalan dini akibat kelelahan komponen yang disebabkan oleh getaran.

Ringkasan Parameter Pemilihan Kunci

Bagaimana Mengatasi Masalah Pemancar Suhu?

Pemancar suhu pemecahan masalah mengikuti urutan diagnostik logis yang secara sistematis mengisolasi kesalahan pada sensor, kabel, atau elektronik pemancar sebelum mencapai kesimpulan tentang komponen mana yang memerlukan perhatian. Mendekati masalah pemancar tanpa struktur sistematis ini akan mengakibatkan penggantian komponen yang tidak diperlukan dan waktu henti proses yang lama. Urutan berikut mencakup kategori kesalahan paling umum pada instalasi pemancar suhu industri.

Output Maksimum atau Minimum Konstan (Sinyal Jenuh)

Keluaran pemancar yang dikunci pada 20,5 mA (atau arus kegagalan skala atas pemancar) atau pada 3,6 mA (arus kegagalan skala bawah) menunjukkan bahwa pemancar telah mendeteksi kondisi di luar jangkauan atau kesalahan sensor dan telah mendorong keluarannya ke nilai aman dari kegagalan yang telah ditentukan sebelumnya. Diagnosisnya sebagai berikut:

1. Periksa kode kesalahan aktif: Hubungkan komunikator HART atau perangkat lunak konfigurasi pabrikan ke pemancar dan baca diagnostik kesalahan apa pun yang aktif. Sistem diagnostik mandiri pemancar biasanya akan mengidentifikasi apakah kesalahannya merupakan masukan sensor terbuka, hubungan pendek pada masukan sensor, masukan sensor di luar jangkauan, atau kesalahan perangkat keras pemancar internal. Informasi diagnostik ini segera mengarahkan penyelidikan ke komponen yang benar tanpa memerlukan pemeriksaan fisik pada setiap elemen dalam loop pengukuran.
2. Ukur kontinuitas sensor pada terminal pemancar: Lepaskan sambungan kabel sensor dari terminal masukan pemancar dan ukur resistansi sensor (untuk RTD) atau kontinuitas (untuk termokopel) pada sekrup terminal dengan multimeter yang telah dikalibrasi. RTD Pt100 pada suhu sekitar harus berukuran sekitar 109 hingga 110 ohm untuk setiap 25 derajat Celcius di atas referensi 0 derajat sensor; pembacaan sirkuit terbuka menunjukkan elemen RTD rusak atau kabel sensor putus. Termokopel pada suhu sekitar harus menghasilkan pembacaan resistansi yang sangat rendah (biasanya 1 hingga 10 ohm tergantung pada bahan dan panjang termokopel); sirkuit terbuka menunjukkan sambungan atau kabel termokopel rusak.
3. Hubungkan kembali sensor dan periksa pembacaan terhadap referensi: Jika sensor mengukur dengan benar pada terminal pemancar namun keluaran pemancar masih jenuh, verifikasi bahwa rentang pengukuran yang dikonfigurasi pemancar sesuai dengan suhu proses sebenarnya. Pemancar yang beroperasi dengan benar yang menerima sinyal sensor untuk suhu di luar rentang yang dikonfigurasi akan menjenuhkan keluarannya; mengurangi rentang pengukuran atau mengkonfigurasi ulang rentang agar mencakup suhu proses sebenarnya akan mengembalikan pengoperasian normal.

Keluaran Berisik atau Tidak Stabil

Output yang berfluktuasi dengan cepat melebihi suhu proses itu sendiri menunjukkan adanya gangguan listrik pada kabel sensor atau pemancar, sambungan yang longgar, atau masalah masuknya uap air pada rumah pemancar atau kepala sambungan sensor. Selidiki hal berikut secara berurutan:

• Periksa landasan pelindung: Pastikan pelindung kabel sensor diardekan pada salah satu ujungnya saja (biasanya di ujung ruang kontrol atau kabinet marshaling), dengan ujung pelindung tidak terminasi. Mengardekan pelindung di kedua ujungnya akan menciptakan loop arde yang dapat memasukkan derau ke dalam sirkuit pengukuran pada frekuensi yang sama dengan sumber interferensi. Memperbaiki pelindung ground ganda sering kali menyelesaikan masalah kebisingan pemancar tanpa intervensi apa pun.
• Periksa terminal sambungan terhadap kelembapan dan korosi: Buka kepala sambungan pemancar dan periksa semua sekrup terminal dan sambungan terhadap akumulasi uap air, produk korosi, atau sekrup terminal yang kendor. Kelembaban antara terminal kabel ekstensi termokopel dan logam yang diarde menciptakan arus bocor yang muncul sebagai kebisingan dalam pengukuran. Keringkan kepala sambungan dengan udara bertekanan kering, obati terminal yang terkorosi dengan pembersih kontak, dan kencangkan semua sekrup terminal hingga torsi yang ditentukan sebelum memasang kembali kepala dengan segel entri kabel yang baru.
• Pisahkan kabel sensor dari kabel daya: Pastikan kabel sensor dirutekan secara terpisah dari kabel daya, kabel konverter frekuensi, dan sumber kebisingan tinggi lainnya selama pengoperasiannya dari sensor ke pemancar atau ruang kontrol. Perutean paralel antara sensor dan kabel daya menciptakan kopling induktif dan kapasitif yang memasukkan noise ke dalam sinyal pengukuran; menjaga jarak minimal 300 mm dari kabel daya, atau menempatkan kabel sensor di saluran logam terpisah, akan menghilangkan jalur sambungan ini.

Pembacaan Offset: Kesalahan Pengukuran yang Konsisten

Pemancar suhu yang menghasilkan pembacaan secara konsisten di atas atau di bawah suhu proses sebenarnya dengan offset tetap di seluruh rentang pengukuran, dikonfirmasi dengan perbandingan dengan termometer referensi yang dikalibrasi dalam proses yang sama, menunjukkan penyimpangan kalibrasi pemancar, konfigurasi pemancar yang salah, atau sumber kesalahan sistematis seperti resistansi timbal dalam sambungan RTD dua kabel tanpa kompensasi. Verifikasi parameter konfigurasi pemancar (tipe sensor, tipe koneksi, rentang, dan nol) terhadap dokumentasi commissioning asli sebelum melakukan pemeriksaan kalibrasi, karena kesalahan konfigurasi yang terjadi selama pemeliharaan adalah penyebab umum dan mudah diperbaiki dari pembacaan offset yang sistematis. Jika konfigurasi dipastikan benar, lakukan pemeriksaan kalibrasi dua titik menggunakan sumber suhu presisi dan pemancar atau kalibrator referensi bersertifikat untuk mengkarakterisasi besaran dan ketergantungan suhu offset, dan terapkan koreksi kalibrasi atau ganti pemancar jika offset melebihi persyaratan akurasi aplikasi.

Memelihara Pemancar Suhu untuk Aplikasi Industri

Seorang yang disiplin pemancar suhu program pemeliharaan mempertahankan keakuratan pengukuran, mencegah kegagalan pengukuran tak terduga yang mengganggu pengendalian proses, dan memaksimalkan masa pakai investasi instrumen. Program pemeliharaan pemancar suhu industri mencakup verifikasi kalibrasi berkala, inspeksi fisik, tinjauan data diagnostik untuk pemeliharaan prediktif, dan rencana penggantian komponen sensor yang mengalami percepatan penuaan dalam pelayanan.

Jadwal Verifikasi Kalibrasi

Interval verifikasi kalibrasi untuk pemancar suhu harus ditetapkan berdasarkan persyaratan keakuratan aplikasi, stabilitas jangka panjang yang ditentukan pemancar, dan konsekuensi kesalahan pengukuran yang tidak terdeteksi terhadap kualitas dan keselamatan pengendalian proses. Interval verifikasi kalibrasi yang umum untuk pemancar suhu industri berkisar dari 6 bulan untuk pengukuran kritis keselamatan di mana setiap penyimpangan di atas plus atau minus 0,5 derajat Celcius harus segera dideteksi, hingga 2 hingga 5 tahun untuk pengukuran pemantauan non-kritis di mana spesifikasi stabilitas jangka panjang pemancar (biasanya plus atau minus 0,1 hingga 0,25 persen rentang per tahun dari produsen terkemuka) memerlukan interval yang lebih lama di antara pemeriksaan.

Verifikasi kalibrasi harus dilakukan menggunakan sumber suhu yang dikalibrasi (kalibrator blok kering atau penangas suhu) yang dapat ditelusuri ke standar pengukuran nasional, dengan termometer referensi yang dikalibrasi dengan akurasi lebih tinggi daripada pemancar yang diperiksa sebagai standar perbandingan. Catat pembacaan seperti yang ditemukan dan sebagai kiri pada minimal dua titik suhu dalam rentang yang dikonfigurasi (biasanya pada rentang 25 persen dan 75 persen) untuk mengkarakterisasi offset titik nol dan kesalahan rentang. Dokumentasikan semua hasil kalibrasi dalam catatan kalibrasi instrumen dan trenkan hasilnya selama kalibrasi berturut-turut untuk mengidentifikasi penyimpangan bertahap yang mungkin mengindikasikan memburuknya kondisi sensor sebelum menjadi masalah pengukuran.

Inspeksi Fisik dan Pemeliharaan Preventif

Program pemeriksaan fisik untuk pemancar suhu harus mencakup pemeriksaan berikut pada setiap kunjungan pemeliharaan terjadwal:

• Integritas kandang: Periksa rumah pemancar dari kerusakan fisik, korosi, atau kerusakan lapisan pelindung. Pastikan semua entri kabel disegel dengan kelenjar kabel terukur asli dan gasket pada penutup pemancar tidak rusak dan bersentuhan sempurna. Ganti gasket yang rusak untuk mempertahankan peringkat perlindungan masuknya housing.
• Koneksi terminal: Periksa semua sambungan terminal terhadap kekencangan, korosi, dan adanya uap air pada kepala sambungan. Kencangkan kembali sekrup terminal sesuai torsi yang ditentukan; korosi pada sambungan terminal adalah gangguan progresif yang menghasilkan peningkatan kesalahan pengukuran seiring waktu dan akhirnya kegagalan sirkuit terbuka jika tidak diatasi.
• Kondisi Thermowell (jika dipasang): Periksa thermowell terhadap korosi eksternal, kerusakan mekanis akibat getaran yang disebabkan oleh aliran (terlihat sebagai keausan atau retak pada sambungan proses), dan kebersihan internal. Thermowell dengan penipisan dinding yang signifikan akibat korosi menimbulkan risiko pelepasan cairan proses pada kegagalan dinding yang tersisa, sehingga memerlukan penggantian sebelum fungsi perlindungan pengukuran thermowell terganggu.
• Kondisi elemen sensor: Untuk elemen RTD dan termokopel yang terbuka, periksa selubung pelindung dari kerusakan mekanis, lubang korosi, dan tanda-tanda kontaminasi cairan proses pada rongga sensor. Bandingkan resistansi sensor arus (untuk RTD) atau resistansi insulasi (untuk selubung termokopel) dengan nilai dasar yang tercatat pada saat commissioning; resistansi insulasi yang menurun pada selubung termokopel (di bawah 1 megohm pada suhu pengoperasian) menunjukkan masuknya uap air atau kerusakan selubung yang akan menghasilkan kesalahan pengukuran dan memerlukan penggantian sensor.

Menggunakan Data Diagnostik untuk Pemeliharaan Prediktif

Pemancar suhu fieldbus digital berkemampuan HART terus menghasilkan data diagnostik yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi masalah yang berkembang sebelum menyebabkan kegagalan pengukuran. Pemancar suhu terintegrasi modern memantau dan melaporkan parameter termasuk suhu sambungan dingin, resistansi sensor (untuk input RTD), tegangan suplai loop, suhu elektronik internal pemancar, dan total jam pengoperasian sejak reset terakhir. Meninjau parameter diagnostik ini melalui sistem manajemen aset selama pengoperasian normal, daripada menunggu pemancar memberi peringatan, memungkinkan pendekatan pemeliharaan prediktif yang menjadwalkan penggantian sensor berdasarkan indikator kondisi aktual, bukan interval kalender tetap.

Peningkatan progresif dalam resistansi sensor RTD di atas nilai yang diharapkan untuk suhu proses, yang diamati dalam data diagnostik melalui pembacaan berturut-turut, merupakan indikator awal kontaminasi elemen sensor atau kerusakan mekanis yang pada akhirnya akan menghasilkan kesalahan pengukuran yang signifikan atau kegagalan sirkuit terbuka. Menjadwalkan penggantian sensor pada jendela pemeliharaan terencana berikutnya ketika tren ini pertama kali diidentifikasi, daripada menunggu kegagalan pengukuran total, akan menghindari gangguan proses yang terkait dengan penggantian sensor tidak terjadwal selama produksi. Pendekatan prediktif terhadap pemeliharaan pemancar suhu ini adalah salah satu aplikasi kemampuan diagnostik digital yang paling hemat biaya yang dibangun pada pemancar suhu industri modern.