Signál ze senzorů teploty typu termočlánek nebo Pt100 není možné okamžitě zobrazit, ale protože je velmi slabý, je nutné jej nejdříve upravit. Pokud to chceme provést okamžitě a "bez práce", můžeme použít panelová měřidla teploty. Ty stačí jednoduše vzít, připojit k nim napájení a senzor a už je možné zobrazit teplotu na displeji.

Pro měření teploty je zapotřebí senzor, který převádí konkrétní teplotu na elektrický signál. Ale aby bylo možné jej interpretovat do podoby lidem srozumitelné a případně provést alespoň nějakou základní regulaci, je nutné použít přídavné vyhodnocovací obvody. Ty mohou být součástí nějakého rozsáhlého systému nebo řešeny jako separátní zařízení. Jedním druhem takových přístrojů jsou vestavná panelová měřidla, která obvykle umožňují upravení signálů ze snímačů, zobrazení měřené veličiny v požadovaném formátu na displeji a více či méně složitou regulaci s analogovými a digitálními výstupy.

V tomto článku se zaměřím na ty jednodušší jednoúčelová panelová měřidla teploty. Ty obvykle bývají v konkrétním provedení se vstupy pro určitý typ senzoru nebo v provedení s několika vstupy pro více různých senzorů. Dále pak existují již "sofistikované" univerzální multifunkční přístroje pro široké rozpětí různých senzorů napříč celým průmyslem. Ty mimo různých režimů zobrazení, poskytují automatickou i ručně nastavitelnou PID regulaci, zaznamenávání hodnot čase a datovou komunikaci přes různé průmyslové sběrnice. Ty však již bývají více jak 3krát dražší proti těm jednodušším. Multifunkčním měřidlům, často označené i jako regulátory, se budu věnovat v jiném článku.

Obecné parametry jednoduchých panelových měřidel teploty

• Vstupy pro připojení jednoho nebo více typů senzorů teploty
• Reléové nebo tranzistorově spínané výstupy pro dvoupolohovou regulaci
• Zobrazení teploty v jednotkách °C nebo °F na velkém displeji
• Velký stupeň krytí (až IP 65)
• Různé možnosti napájení (střídavým i stejnosměrným)
• Kompenzace a zesílení slabého signálu senzoru
• Vestavné provedení do různých panelů a rozvaděčů - instalační rámeček

Použití

• Zobrazení teploty při měření různými snímači
• Jednoduchá regulace připojeného zařízení dle teploty
• Zpracování signálu se senzorů (linearizace, kompenzace, zesílení)
• Převod slabého signálu z teplotního senzoru na standardizovaný napěťový nebo proudový signál
• Zapínání nebo vypínání libovolného zařízení dle teploty
• Převod teploty do PC

Stručný úvod do konstrukce panelových měřidel

Panelová měřidla se obvykle vyznačují kompaktní konstrukcí vhodnou pro přímé zabudování do otvoru v libovolné konstrukce typu ovládací pult, rozvaděč, instalační krabice, elektroskříň. Mimo výjimky jsou mechanického pohledu složeny z LCD nebo LED displeje někdy doplněné funkčními tlačítky, který tvoří čelo plastové "krabičky" se žebrováním pro chlazení vnitřní elektroniky. Na její zadní straně (na druhé straně proti displeji) se vyskytují všechny svorkovnice a konektory přístroje.

Upevnění do požadované konstrukce se obvykle provádí zasunutím měřidla do přesně vyvrtaného otvoru rozměrů konkrétně specifikované v manuálu pro daný přístroj a zajištěním plastovou sponou dodávanou s měřidlem. Ta se obvykle ze zadní strany nasune a zacvakne do drážek plastové krabičky. Právě z důvodu uvedeného připevnění mají panelová měřidla odlišný stupeň krytí pro přední displej (často IP 65), který je v přímém kontaktu s okolím, a pro zbytek těla schovaného například v rozvaděči (často jen IP 20). Výsledný stupeň krytí je tak dán i IP hodnotou rozvaděče.

Panelová měřidla se vyskytují v různých rozměrových provedeních, často závislé na velikosti použitého displeje. Obvyklé jsou rozměry v řádu jednotek a desítek centimetrů, v posledních době často typizované pro zasunutí do otvoru 1/8 DIN = 45 x 92 mm.

Stejně důležitou částí jako je uživatelské rozhraní (HMI - Human Machine Interface), tzn. displej a tlačítka, je i sortiment a provedení vstupů a výstupů přístroje. Ty právě z velké části definují jeho použitelnost. Na zadní straně přístroje se mimo napájecích svorek, vždy objevují svorkovnice vstupů a svorkovnice výstupů. I dále uvedená nejjednodušší panelová měřidla pro zobrazení a zpracování signálů ze snímačů teplotu umožňují prakticky připojit téměř všechny běžné senzory typu:

• termočlánek - typ J, K, T, E, R, S, B; kompenzace studeného konce
• odporové kovové senzory (RTD) - typ Pt100, příp. Ni100; dvou-, tří-, čtyřvodičové připojení
• někdy i pro křemíkové PN senzory

 

Liší se však provedením vstupů, kdy nejlevnější typy přístrojů jsou prodávány v mnoha variantách, se vstupem jen pro konkrétní jeden typ senzoru, zatímco dražší univerzální měřidla mají více vstupů, které umožňují připojit více typů senzorů. Výběr vstupu, jehož hodnota bude monitorována a zobrazována na displeji, se vybírá buď hardwarově (např. otočným přepínačem), nebo softwarově (tlačítky v softwarovém menu přístroje). Jinak vždy přístroj obsahuje veškerou elektroniku pro linearizaci a zpracování i slabých signálů, včetně kompenzace studeného konce u vstupů pro termočlánky. Výstupy jsou obvykle v provedení typizovaného analogového napěťového signálu 0 - 10 V, signálu pro proudovou smyčku 0/4-20 mA nebo spínaných reléových či tranzistorových výstupů (typ N.O./N.C.; spínání PNP/NPN). U dražších typů je již rozhraní pro sériovou komunikaci (RS-232, příp. RS-422). Spínané výstupy jsou ve většině případů ovládány spínacími hranicemi nastavitelné opět hardwarově (potenciometry) nebo dnes častěji softwarově (tlačítky).

Na obrázku 5. a 6. je příklad vnitřku měřidla tvořeného hlavní deskou plošných spojů osazenou všemi potřebnými součástmi. Zvláště je patrný displej, trafo a konektory (svorkovnice) vstupů a výstupů.

Z pohledu ovládání je samozřejmostí volba jednotek °C nebo °F, určení spínacích úrovní výstupů, volba rozsahu a kalibrace - přiřazení číselné hodnoty úrovni signálu ze senzoru. V případě přístroje s více vstupy i jejich přepínání. U dražších měřidel se vyskytují i přidané funkce typu pamatování maximální a minimální hodnoty, přepínání barvy segmentů displeje pro různé úrovně a rozsahy hodnot apod.

Průmyslová panelová teplotní měřidla firmy Omega

Řada DP460 - Economical High Accuracy Temperature Indicators

Řada DP460 představuje jednoduchá a přesto univerzální panelová měřidla. Existuje jich mnoho verzí mimo ( i pro jiné druhy senzorů), ale zde uvádím pouze tzv. Temperature Input Models = Modely se teplotními vstupy. Měřidla DP460-T mají jeden vstup pro připojení termočlánků, který však bez nutnosti kalibrace podporuje všechny jejich typy. Konkrétní typ je ale nutné zvolit otočným přepínačem pod displejem. Měřidla DP460-RTD mají vstup dvou nebo třívodičové připojení senzoru Pt100. Tlačítkem (opět pod displejem) se přepínají jednotky °C nebo °F. Existuje i verze se šesti vstupy (6 kanálů), kde se jejich zobrazení a hlídání přepíná otočným přepínačem na panelu.

Základní vlastnosti

• Displej: 7 segmentový červený LED displej, 4 pozice; výška číslic 14.2 mm
• Vstupy pro senzory (až 6 paralelních vstupů pro senzory):
• termočlánky typu J, K, T, E, R, S, B - rozsah -210°C až 1829°C, max. přesnost 0.3 % z rozsahu nebo 0.5 °C
• odporový kovový senzor Pt100 (RTD) - rozsah -200°C až 851°C, max. přesnost 0.5°C
• Výstupy :
• 2x spínané reléové & SPDT ALARM výstupy - 120 VAC / 5A
• Napájení : 115/230 V AC
• Pracovní teplota: 5 až 45 °C
• Rozměry:48 x 96 x 13 mm
• Otvor pro panel: 1/8 DIN, 45 x 92 mm

 

 

Řada DP116 - Compact 3/64 DIN Size Temperature Meters with Full Size LED’s

Řada DP116 patří mezi rozměrově nejmenší měřidla s rozměry jen 24 x 72 x 120 mm, ale přesto s velikostí číslic 14.2 mm. Z tohoto důvodu přímo na čelním panelu nenajdeme žádné ovládací prvky. Ovládání se zde provádí pomocí dvou kalibračních potenciometrů pod krycím sklem a přesunutím zkratovacích propojek (jumperů) na desce plošných spojů pod krytem přístroje. Mimo šroubovacích svorek pro připojení senzoru je zde i tzv. hold digitální vstup kompatibilní s TTL a 5V CMOS. Z uživatelského hlediska lze volit provedení se zeleným nebo červeným displejem, dle potřeby.

Základní vlastnosti

• Displej: 7 segmentový červený nebo zelený LED displej, 3 a půl pozice; výška číslic 14.2 mm
• Vstupy pro senzory:
• termočlánky typu J, K, T, E - rozsah -200°C až 1000°C, max. přesnost 1°C
• odporový kovový senzor Pt100 (RTD) - rozsah -200°C až 850°C, max. přesnost 0.1°C
• Výstupy :
• analogový napěťový - převodní konstanta až 10 mV/°C
• Napájení: 115 V AC nebo 230 V AC, 50/60 Hz; příp. 9/26 V DC
• Spotřeba: cca 2 W
• Pracovní teplota: 0 až 60 °C
• Rozměry: 24 x 72 x 120 mm
• Otvor pro panel: 3/64 DIN, 22.2 x 68 mm

 

Řada DP25B - Temperature Meters with Relays and Analog Output

Řada DP25B představuje moderní měřidla s velkým displejem s 9 segmentovými číslicemi vysoké 21 mm. Super novinkou je možnost kdykoliv uživatelem softwarově změnit barvu segmentů displeje. Přepínat lze mezi červenou, zelenou a žlutou barvou. Velmi lehká zařízení (36 g) obsahují všechny potřebné funkce jednoduchých měřidel, tzn. analogové i spínané výstupy, signálové vstupy, ovládání a nastavení parametrů pomocí tlačítek pod displejem.

Základní vlastnosti

• Displej: 9 segmentový červený, zelený nebo žlutý LED displej, 4 pozice; výška číslic 21 mm
• Vstupy pro senzory:
• termočlánky typu J, K, T - rozsah -270°C až 1372°C, max. přesnost 0.5°C
• odporový kovový senzor Pt100 (RTD) - rozsah -200°C až 850°C, max. přesnost 0.5°C; možnost 2-, 3- i 4vodičového připojení
• vnitřní rozlišení A/D převodníku - 15 bitů
• Výstupy :
• 2x spínané reléové & SPDT ALARM výstupy - 120 VAC / 5A
• analogový napěťový - 0 až 10 V
• analogový proudový - 0/4 až 20 mA - proud. smyčka
• Napájení: 115 až 230 V AC, 50/60 Hz nebo 10 až 32 V DC
• Spotřeba: max. 8 W
• Pracovní teplota: 0 až 50 °C
• Rozměry: 48 x 96 x 152 mm
• Hmotnost: 36 g
• Otvor pro panel: 1/8 DIN, 45 x 92 mm

 

Řada DP470 - Temperature/Process Indicator/Scanner with RS-232

Tato řada, ze všech zde uvedených, představuje nejvyspělejší měřidla se sofistikovanou výbavou. Z důvodu snížení ceny jsou nabízeny dvě verze: "luxusní" s vybroušeným designem a "ekonomická verze" s jednodušším provedením displeje i výbavou. Hlavní výhodou je šestikanálový vstup, který umožňuje paralelně připojit až 6 různých termočlánků a až 3 odporové snímače. Ty mohou být zobrazeny manuálním přepínáním vstupů pomocí tlačítka nebo automaticky skenovány. Široký sortiment výstupů je navíc doplněn sériovým rozhraním RS-232, jehož prostřednictvím spolu s dodávaným softwarem může přístroj komunikovat s PC s OS Windows. K řízení připojených zařízení je možné použít až dvou ALARM úrovní, po jejichž překročení se přepne spínací výstup, a logika pamatující si vždy nejvyšší a nejnižší naměřenou hodnota teploty od vynulování.

Základní vlastnosti

• Displej: 14 segmentový alfanumerický červený a zelený LED displej, 14 pozic, výška číslic 14.2 mm
• Vstupy pro senzory (6kanálový vstup = 3x RTD nebo 6x termočlánek):
• termočlánky typu J, K, T, E - rozsah -100°C až 1000°C, max. přesnost 0.5°C
• odporový kovový senzor Pt100 (RTD) - rozsah -100°C až 850°C, max. přesnost 0.5°C, možnost 2-, 3- i 4vodičového připojení
• Výstupy :
• 2x spínané SPDT ALARM výstupy - 120 VAC / 5A
• analogový napěťový - 0 až 10 V
• analogový proudový - 0/4 až 20 mA - proud. smyčka
• RS-232 - 9.6 kb/s, 8-N-1, přenos hodnoty ve formě ASCII znaků
• Napájení: 100 až 240 V AC, 50 až 400 Hz
• Pracovní teplota: 0 až 50 °C
• Rozměry: 48 x 96 x 152 mm
• Hmotnost: 454 g
• Otvor pro panel: 1/8 DIN, 45 x 92 mm

 

Řada DP18 - Economical Digital Indicators

Řada DP18 se vyznačuje modulárním systémem, který umožňuje přístroj snadno doplňovat různé části - svorkovnice, desky plošných spojů s přidanými funkcemi. Panelové měřidlo lze tak vybavit funkcemi dle požadavků uživatele a přizpůsobit pro dané senzory. Nastavení požadovaných parametrů a seřízení se provádí hardwarově pomocí potenciometrů. Indikátory naopak detekují překročení nastavené spínací, tzv. ALARM, hranice.

Základní vlastnosti

• Displej: 7 segmentový LED displej, 3 a půl pozice; výška číslic 14.2 mm
• Vstupy pro senzory:
• termočlánky typu J, K, T, E, R, S - rozsah -50°C až 1750°C, max. přesnost 0.1 % z rozsahu
• odporový kovový senzor Pt100 (RTD) - rozsah -200°C až 650°C, max. přesnost 0.4°C
• Výstupy :
• analogový napěťový - 0 až 10 V
• analogový proudový - 0 až 20 mA - proud. smyčka
• spínané reléové ALARM výstupy - 250 VAC / 2 A
• Napájení : 12/24/48 VDC, 15 až 32 V DC, 230 V AC
• Spotřeba: cca 3.5 W
• Pracovní teplota: 0 až 50 °C
• Rozměry: 96 x 148 x 130 mm
• Otvor pro panel: 1/8 DIN, 44.5 x 92.5 mm

Ovládací prvky pod vnějším krytem displeje (pro zvětšení klikněte na obrázek)

Řada DP119 - Temperature Panel Meter - Economical 1/8 DIN Size

Poslední zde uvedená řada patří mezi ty nejjednodušší. Vyznačuje se stejnosměrným napájením, vstupem pro jeden z uvedených typů senzorů a napěťovým analogovým výstupem.

Základní vlastnosti

• Displej: 7 segmentový LED displej, 3 a půl pozice; výška číslic 14.2 mm
• Vstupy pro senzory:
• termočlánky typu J, K, T, E - rozsah -100°C až 1000°C, max. přesnost 1°C
• odporový kovový senzor Pt100 (RTD) - rozsah -200°C až 850°C, max. přesnost 0.1°C
• Výstupy : analogový napěťový - 1 nebo 10 mV/°C (termočlánek), 10 nebo 100 mV/°C (RTD)
• Napájení : 9 až 32 V DC
• Spotřeba: cca 2 W
• Pracovní teplota: 0 až 60 °C
• Rozměry: 48 x 96 x 120 mm
• Hmotnost: 225 g
• Otvor pro panel: 1/8 DIN, 45 x 92 mm (1.772 x 3.622")

Závěr

V nabídce americké firmy Omega je mnoho dalších panelových měřidel, stejně jednoduchých nebo i "inteligentnějších". Zajímavá měřidla lze však najít i v nabídkách mnoha dalších firem a prodejců. Základní parametry však často bývají podobné se zde uvedenými. Na výrobky jiných výrobců, dostupných na našem trhu, se budu zabývá postupně v dalších článcích na serveru automatizace.HW.cz. Tento článek by měl zároveň sloužit jakou stručný úvod pro ty, kteří by něco takového potřebovali, ale o panelových měřidlech zatím neslyšeli a nepoužívali je. Pro podrobné údaje o zde uvedených přístrojích odkazuji na stránky výrobce a české pobočky v ČR - viz sekce DOWNLOAD & Odkazy.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka firmy Omega - www.omega.com
• Domovská stránka prodejce v ČR - www.omegaeng.cz, www.newport.cz
  
  
• Článek o jednoduchém PLC
• Článek o jednodochém programovatelném ethernet terminálu
•  
• Další články týkající se senzorů na serveru automatizace.HW.cz