Fixpunkt-Thermoelement Messgerätesystem
Messprinzip
Kernstück dieses industriellen Gerätesystems ist ein Thermoelement mit einer zusätzlich integrierten Fixpunktzelle und einer Miniaturheizung. Die Fixpunktzelle beinhaltet eine Substanz hoher Reinheit. Diese liefert beim Überschreiten ihres Schmelz- oder Erstarrungspunktes durch Verbrauch bzw. Freisetzung von Phasenumwandlungsenergie ein reproduzierbares Haltesignal, dass zur Kalibrierung genutzt wird (Bild 1).
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Bild 1: Mess-Signal eines Fixpunkt-Thermoelements beim Aufschmelzen
und Erstarren des eingebauten Fixpunktes (Aluminium-Silizium-Legierung)
Wenn die Fixpunkt-Temperatur etwas oberhalb der Prozesstemperatur liegt, so bewirkt jede kleine Anhebung der Prozesstemperatur oder die Aktivierung der im Sensor integrierten Miniatur-Heizung das Aufschmelzen der Fixpunktsubstanz und somit eine Gelegenheit zur Nachkalibrierung des Sensors.
Prozess
temperatur
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Fixpunktmaterial
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Fixpunkt-
Temperatur
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Empfohlene
maximale
Einsatztemperatur
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130-150°C
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In, Reinstmetall
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156.6°C
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260°C
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180-225°C
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Sn, Reinstmetall
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231.9°C
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350°C
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390-410°C
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Zn, Reinstmetall
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419.5°C
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450°C
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530-540°C
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Al-Cu, eutektisch
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548.2°C
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650°C
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545-565°C
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Al-Si, eutektisch
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578.7°C
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680°C
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610-630°C
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Al-In, monotektisch
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638.4°C
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680°C
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630-650°C
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Al, Reinstmetall
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660.3°C
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760°C
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740-760°C
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AgCu, eutektisch
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779.6°C
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800°C
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Die Tabelle zeigt einige, der bisher erprobten Metalle. Weitere Materialien mit spezifischen Fixpunkt-Temperaturen sind verfügbar.
Zu jedem Fixpunktsensor gehören ein robustes Präzisions-Messmodul und ein PC mit Software, der Messwerterfassung, Heizzyklus-Auslösung, Signalanalyse und Kennlinienkorrektur steuert (selbstkalibrierendes System). Der PC kann bis zu 8 Messmodule bedienen. Über entsprechende PC-Einsteckkarten wird die Kommunikation mit einer übergeordneten Prozessleittechnik ermöglicht.
Der große Vorteil dieser in-situ-Kalibrierung liegt in der Erfassung sämtlicher systematischer Langzeit-Fehleranteile
der gesamten Thermoelement-Messkette. Für Temperaturen nahe des jeweiligen Fixpunktes sind somit Messunsicherheiten von <1K erreichbar.
Anwendungsgebiete sin dort, wo über lange Zeit höchste Genauigkeiten gefordert sind, gleichzeitig jedoch auf die Vorzüge der robusten Thermoelementmesstechnik nicht verzichtet werden soll.
Beschreibung der Gerätekomponenten
Die Grundausstattung für eine Messstelle besteht aus (Bild 2):
• Fixpunkt-Thermoelement (SKTE-F)
• Präzisionsmessmodul (SKTE2-S)
• SKTE2-M ein LINUX basierter Master-PC mit verschiedenen Schnittstellen (RS232/RS485, ProfibusDP, ModbusRTU und Ethernet).
Das Geräte- und Softwarekonzept erlaubt die Erweiterung auf bis zu 8 Messstellen je PC vor.
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Bild 2: Gerätesystem SKTE2 (1 Messkanal)
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Bild 3: Fixpunkt-Thermosensor SKTE-F
Kombiniertes Fixpunkt-Thermoelement SKTE-F
Die robuste Bauform beinhaltet ein Thermo-element mit integrierter Fixpunktzelle, eine Miniaturheizung und ein Hilfsthermoelement (Bild 3). Bei einer Selbstkalibrierung wird an der Fühlerspitze eine Übertemperatur von bis zu 100K erzeugt. Das Hilfsthermoelement erfasst die Temperatur oberhalb der Fixpunktzelle und dient als Ersatz-Mess-Element.
Präzisions-Messumformer SKTE2-S
Dieses Gerät dient der prozessnahen Erfassung der Messwerte eines Fixpunkt-Thermometers vom Typ SKTE-F und zu ihrer Weitergabe an einen übergeordneten PC. Des weiteren
dient es zur Ansteuerung der im Sensor integrierten Heizung. Durch die getrennte Unterbringung von Stromversorgung und Präzisionsmesselektronik wird eine hohe Stabilität der Messwertaufnahme erreicht. Die verwendeten Aluminium-Druckgussgehäuse gestatten eine Ausführung bis Schutzgrad IP65.
Technische Daten*)
Allgemein:
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Stromversorgung:
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230V
AC/0,12A
oder 24V AC/DC 1A
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Geometrische
Abmessungen (L x B x H) :
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220 x 310
x 90
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Umgebungstemperaturbereich:
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-5 ... 60
(80)°C, 80°C mit geringere Genauigkeit
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Schutzgrad:
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IP 65
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Gewicht:
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ca. 4.5
kg
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Thermoelementkanäle:
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Messbereich:
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-4,5mV...39,062mV
(für TE-Typ N)
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Messzeit:
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0,4s
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Auflösung:
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18 Bit
(0.15µV, entspricht 4mK bei 600°C/Typ N)
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Genauigkeit:
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2µV
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max.
Linearitätsfehler:
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2µV
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max.Temperaturdrift
im Bereich von 0...60°C:
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0,1µV/°C
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Vergleichsstelle:
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interner
Sensor:
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Pt100,
Klasse A nach DIN EN 60751
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Auflösung
:
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18 Bit
(0,001 ,
entspricht 3mK bei 25°C/Pt100)
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Messbereich:
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-5 ...
80°C
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Messzeit:
|
0,2 s
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Genauigkeit
(bei
TU
= 0...60°C):
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0,2 K
(nach Ablauf der Einstellzeit)
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Einlaufzeit
bei Raumtemperatur:
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30 min
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Einlaufzeit
nach Temperatursprung von 30K:
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3h
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Heizungsteil
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Pulsweiten-Auflösung
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10 Bit
(0...1023)
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Pulsperiode
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120 ms
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Pulsamplitude
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14 V (18V
bei Bedarf)
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Max.
Strom
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0,8 A
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Schnittstelle
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Seriell
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RS232
oder RS485 (einstellbar)
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*) technische Änderungen sind vorbehalten
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