Regulierungen Messung der Temperatur

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1 Regulierungen Messung der Temperatur Temperaturfühler Bei vielen Vorgängen in der Natur, Forschung und Fertigung ist die Temperatur ein zu berücksichtigender Faktor. Die Temperatur ist eine thermodynamische Zustandsgrösse, die den Wärmezustand eines Stoffes kennzeichnet. Um ihren Wert erfassen zu können, bedient man sich definierter, physikalischer Vorgänge, die erfahrungsgemäss immer bei derselben Temperatur ablaufen und ordnet ihnen einen festen Zahlenwert bei. Beispiele sind der Eispunkt und der Siedepunkt des Wassers. Zur Temperaturmessung werden die temperaturabhängigen Eigenschaften von Stoffen herangezogen, z.b. die Wärmeausdehnung (Ausdehnungsthermometer), die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von metallischen Leitern (elektrisches Thermometer), die elektromagnetische Strahlung (Strahlungspyrometer) usw. Temperaturmessung mit Thermoelementen Die zwei für die Wirkungsweise von Thermoelementen wesentlichen Effekte sind der Seebeck- Effekt und der Thomson-Effekt. Der Seebeck-Effekt besteht darin, dass sich an der Berührungsstelle zweier verschiedener Metalle eine Kontaktspannung ausbildet, deren Grösse temperaturabhängig ist, während man unter dem Thomson- Effekt die Abkühlung oder Erwärmung eines homogenen, stromdurchflossenen Leiters versteht, in dem ein Temperaturgefälle besteht. Aufbau Ein Thermoelement besteht aus zwei punktförmig verschweissten Drähten verschiedener Metalle oder Metallegierungen. Erwärmt man ihre Verbindungsstelle (Messtelle), so entsteht an den freien Enden (Anschlusstelle) eine Spannung. Die beiden offenen Enden werden über spezielle Leitungen (Ausgleichsleitungen) bis zu einer Zone konstanter Temperatur (Vergleichsstelle) verlängert.

2 Regulierungen Messung der Temperatur Ausgleichsleitungen Bis zur Vergleichsstelle muss das Thermoelement mit Ausgleichsleitungen verlängert werden. Ausgleichsleitungen haben bis zu einer Temperaturvon 200 C die gleichen thermoelektrischen Eigenschaften wie das Thermoelement selbst. Das bedeutet, dass die beiden Leiter mit den zugehörigen Thermoschenkeln keine Spannung liefern und die gleichen zulässigen Abweichungen wie die Thermodrähte aufweisen. Der Aufbau der Ausgleichsleitungen richtet sich nach den Betriebsverhältnissen und ist nach IEC genormt. Zur Kennzeichnung erhalten Thermodrähte und Ausgleichsleitungen die gleichen Farbmerkmale. Die Isolation des negativen Leiters muss für alle Thermopaare weiss sein. Die Isolation des positiven Leiters muss eine Farbe entsprechend nachstehender Tabelle haben. Der Aussenmantel muss - sofern vorhanden - entsprechend der nachstehenden Tabelle gefärbt sein. Ausnahmen bilden Leitungen für eigensichere Kreise, bei welchen die Farbe des Aussenmantels blau sein darf. Genormte Thermopaare Aus der grossen Anzahl von Thermopaaren wurden bestimmte ausgewählt. An diese genormten Thermopaare werden eine Reihe von Anforderungen bezüglich Zusammensetzung, Reinheit und Verarbeitung gestellt. Sie haben sich im Gebrauch durch ihre Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit ausgezeichnet. Die Thermospannung und die zulässigen Abweichungen der genormten Thermoelemente sind in Grundwertreihen festgelegt. Diese sind in der IEC 5841 angegeben. Zum Schutz gegen mechanische oder chemische Beanspruchungen werden Thermoelemente in Mantel- oder Schutzrohre eingebaut. Die Schutzarmaturen müssen den jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst sein und sind in DIN- Vorschriften genormt. Thermopaar Farbe des (-) Farbe des (+) Leiters Typ Leiters und Aussenmantels NiCr-CuNi (E) weiss lila Fe-CuNi (J) weiss schwarz NiCr-Ni (K) weiss grün Cu-CuNi (T) weiss braun PtRh-PT % (R/S) weiss orange

3 Regulierungen Messung der Temperatur Temperaturmessung mit Widerstandsthermometern Das Messprinzip von Widerstandsthermometern beruht auf der temperaturabhängigen Widerstandsänderung von Metalldrähten. Sir William Siemens nutzte dieses Prinzip 1871 mit einem Platinthermometer. Die Weiterentwicklung dieses Messprinzips führte zu Präzisionsthermometern, die die weiteste Anwendung gefunden haben. Widerstandsthermometer zeichnen sich dadurch aus, dass man in einem Temperaturbereich von -220 C C eine sehr hohe Messgenauigkeit bis +/- 0,001K erzielen kann. Mit einfachen Mess-Schaltungen lassen sich auch kleine Messbereiche mit beliebig wählbaren Skalenanfangspunkten ohne zusätzliche Messumformer realisieren. Messeffekt Leiter und Halbleiter ändern ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur. Als Kennwert für die Widerstandsänderung wird die relative Änderung des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur definiert und als Temperaturbeiwert a bezeichnet. Dieser Temperaturbeiwert ist als Mittelwert zwischen 0 und 100 C angegeben. Werkstoffe mit einem hohen Temperaturbeiwert und einem grossen spezifischen Widerstand eignen sich am Besten für Widerstandsthermometer. Platin und Nickel erfüllen diese Anforderungen. Ihr Widerstand ist gut reproduzierbar und durch künstliche Alterung wird eine hohe Langzeitstabilität erreicht. Durch den hohen spezifischen Widerstand von Platin und Nickel ist es möglich, den Widerstandsdraht auf kleinstem Raum aufzubringen (Miniaturisierung). Aufbau Die Metalldrahtwicklung wird mit Anschlussdrähten aus Edelmetall verbunden. Durch bifilares Wickeln der Drähte wird beim Einschalten ein Induktionsstrom vermieden und eine Widerstandsmessung mit Wechselstrom ermöglicht. Die Wicklung wird zum Schutz entweder in Glas eingeschmolzen oder in eine keramische Masse eingebettet und nach DIN als Messwiderstand bezeichnet. Der Messwiderstand wird zum Schutz gegen mechanische und chemische Beanspruchung in Schutzrohre eingebaut. Der Nennwiderstand, d.h. der Grundwiderstand beträgt im Allgemeinen bei 0 C 100 Ohm. Grundwerte und Toleranzen Um eine Austauschbarkeit zu gewährleisten, wurden in der DIN je eine Grundwertreihe und entsprechende Toleranzen für Platin- ebenso für Nickel-Messwiderstände genormt. In dieser Norm sind die zulässigen Toleranzen der Widerstandswerte und damit die zulässigen Abweichungen von der Soll-Temperatur definiert. Nach dieser Norm gelten zwei Toleranzklassen. In der technischen Temperaturmessung wird die Klasse B als Standardtoleranz eingeführt, während mit der Klasse A eine eingeengte Toleranz definiert wird. Diese eingeengte Toleranz ist auf Messwiderstände beschränkt, die bis 650 C eingesetzt werden können.

4 Regulierungen Messung der Temperatur Anschlussarten von Widerstandsthermometern Bei der Temperaturmessung mit Widerstandsthermometern wird das Messergebnis durch den Zuleitungswiderstand beeinflusst. Bei der Zweileiterschaltung wird der Widerstand der Zuleitung voll vom Messkreis der Brückenschaltung erfasst. Der Einfluss des Widerstands kann bei einer festen Temperatur durch einen temperaturunabhängigen Leitungsabgleichwiderstand kompensiert werden. Die Anwendung der Dreileiterschaltung ermöglicht Messungen über wesentlich grössere Entfernungen und führt zu einer Reduzierung des Temperatureinflusses der Zuleitung. Die genauesten Messungen sind mit der Vierleiterschaltung möglich. Hierbei entfällt sowohl der Einfluss der Temperatur als auch der Zuleitungswiderstände. Vergleich zwischen Thermoelementen und Widerstandsthermometern Thermoelement Messwiderstand Messbereich C -220/+850(1000) C Allgemeine ±0,75% der ±0,5% der Systemgenauigkeit gemessenen Temperaturen gemessenen Temperaturen Stabilität (Änderungen nach einem Jahr) einige K +/-0,5K Ansprechzeit (Halbwertzeit) bis in ms- Bereich bis einige Zehntel Sekunden Isolationswiderstand wichtig (isolierter Aufbau) sehr wichtig (grosser Effekt) Abmessungen (ohne Schutzarmatur) Thermoelemente haben kleinere Abmessungen als Messwiderstände Temperaturvergleichsstelle notwendig nicht notwendig Kennlinien oft starke Abweichung geringe Abweichung von Linearität von Linearität Fertigung von Thermoelementen ist weniger problematisch als die von Widerstandsthermometern

5 Regulierungen Messung der Temperatur Grundwerte nach DIN in Ohm für Messwiderstände Pt 100 gestuft von jeweils 1 zu 1 C C C

6 Regulierungen Messung der Temperatur Fe-CuNi Typ J Messtemp. C Messtemp. C NiCr-Ni Typ K Messtem. C Mess temp. C

7 Regulierungen Temperaturbegrenzung Temperatur-Sicherung Temperatur-Sicherungen sind dazu bestimmt, durch selbsttätiges Öffnen des Stromkreises ein Gerät oder Bauteil abzuschalten, wenn die normale Betriebstemperatur der zu schützenden Einheit überschritten wird. Um den Stromkreis wieder herzustellen, muss die Temperatursicherung ersetzt werden. Temperatursicherungen reagieren auf die Umgebungstemperatur und werden in Reihe zum Verbraucher geschaltet. NEC SEFUSE-Type SF xxxe Approbationen: VDE, UL, SCA, BEAB Typ Nenn- Abschalt- Schaltstrom Nennspannung Temperatur Temperatur SF70E 73 C 70+/- 2 C SF76E 77 C 76+0/-4 C SF91E 94 C 91+3/-1 C SF96E 99 C 96+/-2 C SF99E 101 C 99+1/-3 C SF109E 113 C 109+3/-1 C SF119E 121 C 119+/-2 C 10 A AC250V SF129E 133 C 129+/-2 C SF139E 142 C 139+/-2 C SF152E 157 C 152+/-2 C SF169E 172 C 169+1/-3 C SF188E 192 C 188+3/-1 C SF214E 216 C 214+1/-3 C SF226E 227 C 226+1/3 C SF240E 240 C 237+/-2 C

8 Regulierungen Temperaturbegrenzung Knopf-Temperaturregler Typ 2455R Standard Typ Grosse Auswahl serienmässiger Befestigungsteile und Anschlüsse. Bimetallscheibe ist elektrisch und thermisch gegen stromführende Teile isoliert. Bodenplatte aus Aluminium, Messing oder rostfreiem Stahl. Staubgeschützte Kontakte, geringer Kontaktabbrand. Zulassungen: BEAB, CSA, DEMKO, FEMKO, KEMA, NEMKO, ÖVE, SAA, SEMKO, SEV, UL, UTE, VDE Massbild:

9 Regulierungen Temperaturbegrenzer Technische Daten Typ 2455 R Schaltstrom (A) 10 (6) Prüfklasse II / 16 Prüfklasse I Schaltspannung (V) 250 V Kontaktart Sprungkontakt Kontaktfunktion Öffner oder Schliesser bei steigender Temperatur Kontaktmaterial Feinsilber, auf Wunsch vergoldet Elektr. Lebensdauer 10 5 Schaltspiele Zulässige Umgebungstemperatur Tmax.( C) -20 bis +177 Gehäusematerial Phenolharz Anschlüsse siehe Massbild Befestigungen siehe Massbild Temperaturtabelle Schalttemperatur- Toleranz +/-K Schaltdifferenz bereich C öffnen schliessen wählbar zwischen K 0 bis bis bis bis bis

10 Regulierungen Temperaturbegrenzung und -regelung Ministat Zweipunkt-Temperaturregler Spritzwassersicheres Kunststoffgehäuse aus Noryl (IP54) Temperatureinstellung aussen oder innen direkte Schutzrohrmontage möglich elektrischer Anschluss an 3-poliger Klemme im Gehäuse Kabeleinführung von unten oder seitlich durch PG 11 kleine Schaltdifferenzen Skalengenauigkeit +/- 2 % d.s. Wiederholgenauigkeit 0.5 % d.s. Optionen mit Temperatur-Kompensation anderen Schaltleistungen, Temperatur bereichen, Fühlerarten, Kapillarrohrlängen bis 5000 mm mit Schutzrohr für freiverlegtes Kapillarrohr oder Thermostat direkt auf Schutzrohr montiert Standardtypen

11 Regulierungen Kompaktregler Serie HT40 Kompaktregler Serie HT40 Der selbstoptimierende Kompaktregler HT40 ist durch seine freie Konfigurierbarkeit, seine serielle Schnittstelle und die kompakte Bauweise ein universeller Regler im Maschinen- Anlagen- und Apparatebau. Besonderer Wert wurde bei der Konstruktion dieses Gerätes auf einfache und übersichtliche Handhabung gelegt. Die Schutzart IP65 garantiert auch den Einsatz unter schwierigen Umgebungsbediengungen. Regelgeräte der Serie HT40 sind einkanalige, kundenseitig, konfigurierbare Regler im Kunststoffgehäuse anschlussfertig mit Mehrpolstecker (Typ HT41, HT43) oder für Klemmenanschluss (Typ HT42). Die Bedienung erfolgt über eine Folientastatur. Alle Geräte sind mit 4-stelligen LED-Anzeige für Soll- und Istwert ausgestattet. Die Regelabweichung wird auf einem 7- stelligen Balkendisplay in 3 C Schritten angezeigt. Grösstmögliche Schonung von Hochleistungsheizern wird durch die Anfahrschaltung erreicht. Praxisnahe Funktionen wie Selbstoptimierung, Heizkreiskontrolle, Stellgradübernahme bei Fühlerbruch usw. zeichnen diesen Regler aus und geben ihrem Gerät ein Maximum an Sicherheit und Zuverlässigkeit. Durch die wählbare Funktion der bleibenden Abschaltung bei Übertemperatur, über einen als Temperaturbegrenzer geschalteten zusätzlichen Messeingang, ist das Gerät in dieser Einstellung auch für den Einsatz im unbeaufsichtigten Betrieb (DIN VDE0721 Teil 411) geeignet. Sonderfuktionen Selbstoptimierung während der Regelung oder beim Hochfahren der Strecke Betriebsstundenzähler, Anfahrrampe Eletromagnetische Verträglichkeit Störfestigkeit: EN Störaussendungen EN Einbauvorgaben Gehäuse: Makrolon Schutzart: IP 65 DIN Masse (Gehäuse): 148 x 90 mm Montagefläche: 160 x 100 mm Befestigung: 4 Bohrungen für Schraube M4 Umweltbedingungen Arbeitstemperaturbereich: -10 C C Lagertemperaturbereich: -25 C C Stromversorgung 230V AC/50Hz oder 24V DC (Option Klemmregler HT42) Anschlüsse (Ausgänge/Eingänge) Netz (HT41/43 Euroschukostecker (Leitung 1,2 m) Klemmen (HT42) Käfigzugfeder max. 1,5 mm 2 Mehrpolstecker HT41HAN Q8 8 + PE 1=L, 3=N, PE, 4/5=Wächter 6/7=PT100, 6/8=Thermoelem. +/- Mehrpolstecker HT43 Serie 693 (Binder o.ä.) 6 + PE 1=L, 3=N, PE, 5+6=Fühler +/- Messeingang Widerstandsthermometer PT100 nach DIN/IEC Zweileiteranschluss, Fühlerkurzschlusskontrolle, Fühlerbruchsicherung Thermoelemente Fe-CuNi (J), NiCr-Ni (K) mit Vergleichsstellenkompensation und Fühlerbruchsicherung, Fühlerverpolungskontrolle Die Fehlergrenzen für die Thermoelemente / Widerstandsthermometer liegen je nach Geber zwischen 0,1 % und 0,2 % vom Bereichsumfang Reglerausgang 1 Elektr. Schalter (Regelung) 16A (10A) 2 mechanisches Relais 16A (Begr./Signal) 3 Alarmausgang Relais 6A Standardeinstellung HT41 und HT42 Fühler PT100, Bereich C. Alarmausgang Limitkomperator Anzeigen/Bedienung Numerisches Display der Istwert sowie der Sollwert werden auf einem 4-stelligen (13 mm) LED-Display angezeigt. Der Anzeige-/Messumfang beträgt Digit Abweichungsanzeige Die Regelabweichung wird auf einem Balkendisplay in 3 C Schritten angezeigt. Bei Abweichungen über +/- 12 C blinkt die entsprechende LED. Schaltzustandanzeige Die Schalzustände der Regelausgänge bzw. das Auslösen des Begrenzers wird auf separaten LED angezeigt. Folientastatur mit 5 Drucktasten wird die Bedienung Parametrierung und Konfigurierung vorgenommen.

12 Regulierungen Fuzzy-Regler FCL-100 Fuzzy-Regler FCL Kompakte Baugrösse - Anfahr- und Abfahrrampe - Regelgerät Ein- / Ausschalter - Istwert / Sollwert umschaltbar - Anzeige der Ausgangsleistung - Sollwert 1 und 2 extern umschaltbar - 7 verschiedene Temperatursensoren wählbar - Prüfungen: CD EN55011, Gruppe 1, Klasse A / EN / EN / UL / CSA Die FCL-100 Serie ergänzt die FC-Regelfamilie mit der kleinsten Bauform. Selbstoptimierung, Sensorwahl, Alarmtypenwahl und Schnittstelle (als Option) entsprechen dem Grundstandard eines modernen Regelgerätes. Das Typische Einsatzgebiet für diesen Regler ist Temperatursteuerung für kompakte Kleinmaschinen bei welchen reproduzierbare Resultate verlangt werden. Mit der Option SM lassen sich die Sollwerte 1 und 2 über einen potentialfreien Kontakt umschalten. Software: 1 / 6 / 12-Kanal Messwerterfassung ROTHSOFT (Option C/C5 notwendig) Mechanische Daten Dimension: Gehäuse: Bedienung: Anschlüsse: 24 x 48 mm, 100 mm Einautiefe flammwidriges Polycarbonat, schwarz, mit Befestigungsbügel über Frontfolientastatur, Menüführung mit Symbolen in der Anzeige Schraubklemmen für 4 mm Gabel kabelschuhe Regelbereich mit Taster wählbar Fühlertyp K J E PL-II N Pt.100 Bereich min C 0 C 0 C -199,9 C -200 C Bereich max C 1000 C C 1300 C +850,0 C +850,0 C

13 Regulierungen Fuzzy-Regler FCS-100 Fuzzy-Regler FCS ms Rechenzeit - Einfachste Bedienung - Ablesbare Ausgangsleistung - Regelausgang Ein- und Ausschaltbar - Automatische Anpassungen der Fuzzy Sets - Frei einstellbare Sensoren und Alarmfunktionen über Schalter Der FCS-100 erweitert die Regelbarkeit der Regelprobleme eines Standard Reglers um ein vielfaches. Die Lösung ist in der sehr schnellen Verarbeitung der Prozessdaten und der kontinuierlichen Fuzzy-Regeltechnik. Mit der Fuzzy-Regeltechnik wird selbständig das optimalste Regelresultat erreicht, indem der Regler selber auf die Regelstrecke und Störgrössen reagieren kann. Die Temperatursensoren und Alarmfunktionen lassen sich mittels internen Drehschalter sehr einfach einstellen. Dimensionen Mechanische Daten Dimension: Gehäuse: Bedienung: Anschlüsse: Gewicht: 48 x 48 mm, 100 mm Einautiefe flammwidriges Polycarbonat, schwarz, mit Befestigungsbügel über Frontfolientastatur, Menüführung mit Symbolen in der Anzeige Schraubklemmen für 4 mm Gabelkabelschuhe 140 g Anschlüsse Technische Angaben Eingänge: Thermoelemente: K, J, R, B, N nach IEC 584 Pt Leitersystem mit Leitungs kompensation IEC-751 Genauigkeit der Innerhalb +/- 0,3 % vom eingestellten Digitalanzeige: Regelbereich Regelung: Fuzzy, PID, PD, Ein/Aus Regelausgänge: Relais, 3A (1A) 250 VAC Solid Sate Treiber, 12 VDC, 40mA kurzschlusssicher Alarmfunktionen: Bandalarme, Hoch- Tiefalarme, Absolutalarme Speisung: VAC, 50/60 Hz oder 24 VAC/DC +/- 20 % Aufnahmeleistung: 8 VA Montage: Fronttafel Einbau Umgebungstemperatur:0-50 C Umgebungsfeuchte: %rf Prüfungen: EN 55011, Gruppe 1, Klasse A / EN / EN Funktionen: Regelausgang ausschaltbar, Sperrfunktion, Skalierungen, Fühlerkorrektur, Universaleingang, Selbstdiagnose, Sensorbruch Optionen: 2. Alarmausgang, Heizungsunterbruchalarm Schalttafelausschnitt

14 Regulierungen Fuzzy-Regler FCS-100 Regelbereich mit Taster wählbar Fühlertyp K J R B N Pt.100 Bereich min C -200 C 0 C 0 C 0 C -199,9 C Bereich max C 1000 C 1760 C 1890 C 1300 C 500,0 C Bestellcode FCS-13 A- / M, FCS-100 Serie A Alarmfuntkion wählbar mit Drehschalter, Ausgang Relais R Relais Regelausgang S Solid State Treiber (Treiber für direktes Anschliessen von Relais) A 4-20 ma stetiges Stromsignal M Fühlertyp mit Drehschalter einstellbar A2 2. Alarmausgang mit einstellbarer Alarmfunktion, Ausgang Relais W Heizungsunterbruchalarm 20 A oder 50 A IP IP54 Spritzwasserschutz, Dichtgummi am Elektronikeinschub BK Farbe schwarz