Temperatura jest wolnozmienną wielkością fizyczną, której precyzyjny pomiar jest wymagany na przykład do kontroli procesów technologicznych czy analizy zjawisk atmosferycznych. Urządzenia i systemy pomiarowe do takich zastosowań produkuje firma Dewetron. Oferta zawiera m.in. dwie rodziny urządzeń: CPAD2 i EPAD2, różniące się interfejsem komunikacyjnym.

EPAD2 i CPAD2 to wielokanałowe moduły pomiarowe zawierające blok kondycjonowania sygnału analogowego i precyzyjne przetworniki analogowo-cyfrowe. Każdy kanał pomiarowy ma własny 24-bitowy przetwornik, próbkowanie odbywa się synchronicznie, co zapewnia jednoczesność pomiarów na wszystkich wejściach. Moduły zapewniają pełną izolację międzykanałową oraz izolację między kanałem a systemem. Temperatura jest jednym z wielu parametrów, które mogą być mierzone przez moduły EPAD2/CPAD2. Mogą to być także inne wielkości, np. charakteryzujące środowisko. Warunkiem jest mała szybkość zmian sygnału oraz zastosowanie odpowiedniego interfejsu. Analiza takich parametrów jest jednak utrudniona z powodu długiego czasu oczekiwania na widoczne zmiany. Z tego powodu do badania wolnozmiennych zjawisk stosowane są zwykle rejestratory (loggery) pozwalające zbierać dane w długim czasie. Funkcjonalność tę mają moduły EPAD2 i CPAD2. Z uwagi na szczelne i wytrzymałe na urazy mechaniczne obudowy, urządzenia te mogą być wykorzystywane do pomiarów na przykład na liniach produkcyjnych w obiektach przemysłowych, a nawet w agresywnym środowisku. Dodatkowo moduły EPAD2/CPAD2 nadają się do pracy jako quasi-statyczne rozszerzenia kanałów dla dynamicznych urządzeń pomiarowych Dewetrona.

Liczba kanałów pomiarowych w jednym module jest stała, ale urządzenia mogą być łączone łańcuchowo, co w stopniu niemal nieograniczonym zwiększa liczbę wejść pomiarowych systemu. Jednocześnie uzyskuje się możliwość dokonywania pomiarów w punktach znacznie oddalonych od siebie. Moduły CPAD2 komunikują się ze sobą za pośrednictwem interfejsu CAN, w modułach EPAD2 zastosowano interfejs RS485. Uniwersalność systemu pomiarowego z modułami EPAD2 można dodatkowo zwiększyć stosując specjalny moduł interfejsowy EPAD2-BASE2 konwertujący protokoły RS485 na USB, RS232 lub CAN. Najważniejsze parametry modułów EPAD2 zestawiono w tab. 1.

Tab. 1. Najważniejsze parametry modułów EPAD2

Charakterystyka ogólna modułów

Oferta Dewetrona zawiera kilka modułów, które mogą być bezpośrednio wykorzystywane do pomiarów temperatury. Są to modele: EPAD2/CPAD2-TH8-x (fot. 1) i EPAD2/CPAD2-RTD8 (fot. 2). W każdym module, do przetwarzania sygnałów analogowych z 8 czujników temperatury zastosowano 24-bitowy przetwornik delta-sigma próbkujący z maksymalną szybkością 12,5 próbek na sekundę niezależnie od liczby aktywnych kanałów. Pasmo analogowe mierzonego sygnału jest równe 6 Hz. Na uwagę zasługuje duża rozdzielczość pomiaru, która dla wszystkich typów czujników rezystancyjnych i termopar jest równa 0,01°C. Dokładność pomiaru zależy od typu czujnika oraz zakresu temperatur. Przykładowo, dla czujników RTD uzyskuje się dokładności od ±0,25°C (dla zakresu -200…100°C) do ±0,8°C (dla zakresu 400…800°C). Parametr ten jest zależny dodatkowo od typu zastosowanego czujnika, ale przedstawione przykłady dotyczą najgorszego przypadku. Przy zastosowaniu termopar przykładowe dokładności wynoszą od ±1°C dla zakresu –200…–25°C do 0,5° dla zakresu 1000…1372°C.

Fot. 1. Moduły EPAD2-TH8 i CPAD2-TH8

Fot. 2. Moduły CPAD2-RTD8

Dopuszczalna rezystancja czujników RTD zawiera się w przedziale od 0 do 999,99 W. W klasycznym połączeniu 2-przewodowym mogłyby powstawać błędy wynikające ze spadków napięć na przewodach doprowadzających sygnał z czujników. W takich przypadkach stosowane są zwykle połączenia 4-przewodowe, do czego są przystosowane obwody wejściowe modułów EPAD2/CPAD2-TH8-RTD8.

Pomiary temperatury z zastosowaniem modułów EPAD2/CPAD2 są często wykonywane w długim czasie. Ważna jest zatem stabilność długoterminowa i mały dryft temperaturowy, który dla modułów współpracujących z termoparami osiąga typową wartość 20 ppm/°C i 15 ppm/°C dla modułów przeznaczonych dla czujników rezystancyjnych.

Komunikacja między modułami i innymi urządzeniami wchodzącymi w skład stanowiska pomiarowego jest realizowana za pośrednictwem interfejsu RS485 (moduły EPAD2) i CAN (moduły CPAD2). Interfejs RS485 zapewnia łączność z szybkością od 2400 do 115200 b/s (standardowo 9600), z typową ramką 8,n,1. Adres urządzenia jest fabrycznie ustawiany na 00h. Szybkość odczytu danych z modułów EPAD2 jest zależna od liczby aktywnych kanałów i przyjętej szybkości transmisji. Dla standardowych nastaw można odczytywać 80 kanałów na sekundę. W modułach CPAD2 szybkość komunikacji może być zmieniana w zakresie od 50 kbaud do 1000 kbaud (standardowo 500) przy zastosowaniu 16-bitowego formatu danych (Intela lub Motoroli). Szybkość transmisji musi być dobierana z uwzględnieniem odległości między urządzeniami. Przykładowo, szybkość maksymalna (1 Mb/s) może być stosowana tylko przy odległościach nie większych niż 30 metrów, ale dla odcinków 1000-metrowych konieczne jest zwolnienie transmisji do 50 kb/s. Częstotliwość odczytu jest programowana, i może być równa: 12,5 Hz, 10 Hz, 5 Hz, 2 Hz, 1 Hz, 0,5 Hz, 0,2 Hz lub 0,1 Hz.

Montaż

Moduły EPAD2/CPAD2 sprzedawane są z wieloma opcjami montażu, dzięki czemu mogą być instalowane w różnych obiektach, na różnych stanowiskach. W zastosowaniach przemysłowych najczęściej będzie wykorzystywana szyna DIN. W zamówieniu należy wówczas podawać opcję XPAD-DIN-RAIL, co spowoduje dostarczenie wyrobu z adapterem umożliwiającym montaż w 19-calowej szafie.

W innej, powszechnie stosowanej metodzie montażu wykorzystywane są paski samozaciskowe. Moduł jest w tym przypadku mocowany czterema paskami przechodzącymi przez specjalne szczeliny wykonane w obudowie i elementem mechanicznym znajdującym się w obiekcie (pręt, listwa, klamra itp.). Paski samozaciskowe są bardzo dobrym rozwiązaniem na przykład do montażu modułów w komorze silnika.

W kolejnej opcji montażowej wykorzystywane są śruby. Moduł jest mocowany do deski lub blachy dwoma śrubami przechodzącymi przez otwory wykonane w obudowie. Jak widać jest to metoda bardzo prosta i z tego względu często stosowana, szczególnie w jednorazowych pomiarach różnych obiektów. Do montażu potrzebne są śruby do metalu lub wkręty do drewna 2×4,2 mm, nie są one jednak dostarczane wraz z modułem.

Jeśli przewiduje się wykorzystywanie wielu modułów bez montażu do elementów nośnych (wsporniki, szafy, prowadnice itp.) pozostaje opcja wzajemnego łączenia obudów ze sobą. W ten sposób można tworzyć stos składający się z kilku, a nawet kilkunastu sztuk (fot. 3). Obudowy są blokowane na swoich pozycjach dwoma śrubami dokręcanymi kluczem imbusowym.

Fot. 3. Przykładowe stanowisko pomiarowe z połączonymi modułami CPAD2

Moduły EPAD2/CPAD2 są zasilane napięciem od 7 do 40 V, pobierają moc nie większą niż 0,5 W. Obudowy mają wymiary 129×72×34,2 mm. Typowa masa jednego urządzenia jest równa 360 g.

Nie tylko EPAD2/CPAD2

Moduły EPAD2/CPAD2 stanowią zaledwie niewielką część oferty Dewetrona. Firma ta produkuje także szereg innych urządzeń pomiarowych, charakteryzujących się możliwością bardzo elastycznego konfigurowania, doskonale sprawdzających się tam, gdzie konieczne jest mierzenie wielu różnorodnych wielkości elektrycznych i nieelektrycznych. Wykorzystując wyroby Dewetrona można budować kompletne systemy pomiarowe od stacji zbierania i analizy danych po specjalizowane czujniki. Oferta zawiera szereg kategorii urządzeń pomiarowych, są to np. przyrządy All-In-One, Front-ends, stacje Mainframes. Ofertę uzupełnia bogata grupa komponentów pomiarowych: różne akcesoria, komputery przemysłowe, czujniki, karty przetworników analogowo-cyfrowych, przenośne wyświetlacze, kamery oraz specjalizowane oprogramowanie. Ze szczegółami można zapoznać się na stronie producenta: http://www.dewetron.com/int/. Dystrybutorem produktów tej firmy w Polsce jest Tespol Sp. z o.o. (http://www.tespol.com.pl/).