Wissen || Fehleranalyse von Temperaturmessgeräten

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1 Widerstandsthermometer: Die häufigsten Fehler bei industriellen Widerstandsthermometern sind ein offener Schaltkreis sowie ein Kurzschluss des Industriewiderstands. Allgemein sind Unterbrechungen häufiger, und das liegt daran, dass die Wärmeleitfäden recht dünn sind. Kurzschlüsse und Unterbrechungen lassen sich leicht erkennen. Dazu kann man den „×1Ω“-Modus des Multimeters verwenden. Wenn der gemessene Widerstand kleiner als R0 ist, könnte es sich um einen Kurzschluss handeln ； Wenn das Multimeter einen Wert von Unendlich anzeigt, kann man davon ausgehen, dass der Widerstand unterbrochen ist. Ein Kurzschluss im Widerstandskörper ist in der Regel leicht zu beheben, sofern die Länge und Dicke des Widerstandsdrahts nicht beeinträchtigt werden. Es genügt, den Ort des Kurzschlusses zu finden, ihn trockenzuführen und die Isolierung zu verstärken. Bei der Reparatur eines durchgebrannten Widerstands muss die Länge des Widerstandsdrahtes geändert werden, um den Widerstandswert zu beeinflussen. Deshalb ist es besser, einen neuen Widerstand zu verwenden. Falls eine Reparatur durch Schweißen erfolgt, muss dieser nach dem Schweißen überprüft werden, bevor er in Betrieb genommen werden kann. Häufige Störungen im Betrieb von Temperaturmesssystemen mit Wärmewiderständen sowie die entsprechenden Lösungswege sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: 2 Korrekte Verwendung von Thermoelementen – Durch die richtige Verwendung von Thermoelementen kann nicht nur die Temperatur genau ermittelt werden, was zur Gewährleistung der Produktqualität beiträgt, sondern es wird auch der Materialverbrauch für Thermoelemente eingespart. Dadurch werden sowohl Kosten gespart als auch die Produktqualität gewährleistet. Neben den häufigen Fehlern, die durch das Verkehrt-Anschließen der Kompensationsschleifen, deren falsche Verwendung sowie lockere Anschlüsse entstehen (Lösung: Korrekte Verwendung der Kompensationsschleifen, sicheres Festziehen der Anschlussklemmen), gibt es noch Fehler wie eine falsche Installation sowie Wärmeleitfähigkeits- und Zeitverzögerungsprobleme. Das sind die wichtigsten Fehler, die bei der Verwendung von Thermoelementen auftreten können. 2.1. Fehler, die durch eine falsche Installation entstehen, beispielsweise wenn die Position sowie die Eindringtiefe des Thermoelements nicht die tatsächliche Temperatur im Ofen widerspiegeln. Mit anderen Worten: Das Thermoelement sollte nicht zu nahe an der Tür sowie an den Heizeelementen angebracht werden. Die Eindringtiefe sollte mindestens 8–10 Mal so groß sein wie der Durchmesser des Schutzrohrs ； Da der Abstand zwischen dem Schutzrohr der Thermoelemente und der Ofenwand nicht mit isolierendem Material ausgefüllt ist, kann Wärme aus dem Ofen entweichen oder kalte Luft eindringen. Deshalb sollten die Lücken zwischen dem Schutzrohr der Thermoelemente und den Öffnungen in der Ofenwand mit isolierenden Materialien wie Feuerfestputz oder Asbestseilen verschlossen werden, um zu verhindern, dass Konvektionsströmungen von kalter und warmer Luft die Genauigkeit der Temperaturmessung beeinträchtigen ； Die kalte Seite der Thermoelemente ist zu nah am Oferrumpf, wodurch die Temperatur über 100 steigt℃ ； Die Installation der Thermoelemente sollte möglichst fern von starken Magnetfeldern und elektrischen Feldern erfolgen. Deshalb sollten Thermoelemente und Leitungen für die Energieversorgung nicht in derselben Leitung untergebracht werden, um Störungen, die zu Fehlern führen könnten, zu vermeiden ； Thermoelemente dürfen nicht in Bereichen installiert werden, in denen die Flüssigkeit oder das Gas nur sehr langsam fließt. Wenn mit einem Thermoelement die Temperatur des Gases in einem Rohr gemessen werden soll, muss das Thermoelement entgegen der Strömungsrichtung angebracht werden und außerdem vollständig mit dem Gas in Kontakt kommen. 2.2. Durch eine verschlechterte Isolierung entstehende Fehler: Wenn die Isolierung der Thermoelemente beschädigt ist, oder wenn der Schutzschlauch sowie die Verbindungsplatten mit Schmutz oder Salzablagerungen bedeckt sind, führt dies zu einer schlechten Isolierung zwischen den Thermoelementen sowie zwischen diesen und den Wänden des Ofens. Dies ist bei hohen Temperaturen besonders problematisch – es kommt nicht nur zu einem Rückgang des Thermoeffekts, sondern es entstehen auch Störungen. Die dadurch verursachten Fehler können manchmal bis zu einigen hundert Einheiten betragen. 2.3. Fehler durch thermische Trägheit: Aufgrund der thermischen Trägheit der Thermoelemente liegt der Anzeigewert des Messinstruments hinter den Änderungen der zu messenden Temperatur zurück. Dieser Effekt ist bei schnellen Messungen besonders ausgeprägt. Daher sollten möglichst Thermoelemente mit dünnen Wärmeelektroden und einem kleinen Durchmesser des Schutzrohrs verwendet werden. Wenn die Bedingungen im Temperaturmessumfeld es zulassen, kann sogar der Schutzschlauch entfernt werden. Aufgrund von Messverzögerungen ist die Amplitude der Temperaturschwankungen, die mit Thermoelementen erfasst werden, geringer als die Amplitude der Schwankungen der Ofentemperatur. Je größer die Messverzögerung ist, desto kleiner ist die Amplitude der Schwankungen des Thermoelements – und desto größer ist auch der Unterschied zur tatsächlichen Ofentemperatur. Wenn mit Thermoelementen mit großer Zeitkonstante die Temperatur gemessen oder gesteuert wird, schwanken die von dem Gerät angezeigten Werte zwar nur geringfügig, doch die tatsächliche Temperatur im Ofen kann stark schwanken. Um die Temperatur genau zu messen, sollte man Thermoelemente mit einer kleinen Zeitkonstante wählen. Die Zeitkonstante ist umgekehrt proportional zum Wärmeübergangskoeffizienten und direkt proportional zum Durchmesser der heißen Seite der Thermoelemente sowie zur Dichte und Spezifischen Wärmekapazität des Materials. Um die Zeitkonstante zu verringern, ist neben einer Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten die effektivste Methode es, die Abmessungen der heißen Seite so weit wie möglich zu verkleinern. Im Einsatz werden in der Regel Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit sowie Schutzhüllen mit dünnen Wandungen und kleinem Innendurchmesser verwendet. Bei präziseren Temperaturmessungen werden ungeschützte, drahtbasierte Thermoelemente verwendet. Allerdings sind diese Thermoelemente anfällig für Schäden; daher müssen sie rechtzeitig kalibriert und ersetzt werden. 2.4. Fehler durch Wärmewiderstand: Bei hohen Temperaturen kann es dazu kommen, dass sich auf dem Schutzrohr eine Schicht aus Asche oder Staub ablagert. Dadurch erhöht sich der Wärmewiderstand, was die Wärmeübertragung behindert. In diesem Fall ist der angezeigte Temperaturwert niedriger als der tatsächliche Wert der zu messenden Temperatur. Daher sollte die Außenseite des Schutzrohrs der Thermoelemente sauber gehalten werden, um Fehler zu verringern. Häufige Fehler bei Industrieelektroden und Lösungsmethoden: Doppelmetallthermometer – Das Prinzip der Funktionsweise eines Doppelmetallthermometers beruht auf dem Einsatz von zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bei Temperaturänderungen. Ein Ende des Thermometers ist an einem festen Punkt befestigt, während sich das andere Ende bei Temperaturänderungen verbiegt. Dadurch wird eine Neigung des Zeigers erzeugt, die wiederum die Temperatur anzeigt. Falls bei der Verwendung lineare Fehler auftreten, kann das Problem einer ungenauen Temperaturanzeige durch Anpassung des Drehknopfs hinter dem Thermometer behoben werden. Das nach der Anpassung überprüfte Thermometer darf erst dann verwendet werden, wenn es als einwandfrei befunden wird. 4 Drucktemperaturmessgerät: Ein Drucktemperaturmessgerät nutzt die Ausdehnung und Zusammenziehung von Flüssigkeiten bei Temperaturänderungen zur Temperaturmessung. In einem geschlossenen System, das aus einem Temperaturfühler, Kapillaren und einer Spiralfeder besteht, befindet sich eine Temperaturmessflüssigkeit. Wenn der Temperaturfühler eine Temperaturänderung wahrnimmt, ändert sich der Druck im geschlossenen System aufgrund der Veränderung des Volumens der Flüssigkeit. Dadurch ändert sich die Krümmung der Spiralfeder, wodurch sich ihr freies Ende bewegt. Über Verbindungsstücke und Antriebsmechanismen wird dadurch der Zeiger in Bewegung gesetzt, der anschließend die gemessene Temperatur auf dem Zifferblatt anzeigt. Dieses Instrument weist eine lineare Skala, einen kleinen Temperaturfühler, eine schnelle Reaktionszeit, hohe Empfindlichkeit sowie eine intuitive Anzeige auf. Die häufigsten Defekte bei Drucktemperaturmessgeräten sind, dass der Zeiger sich nicht bewegt oder dass die Anzeige stark abweicht. Wenn der Zeiger stecken bleibt, kann er mit einem Zeigerzieher herausgezogen werden. Nachdem der Zeiger wieder richtig eingestellt wurde und die Messung korrekt ist, kann das Gerät wieder verwendet werden. 4.1. Häufige Störungen bei Geräten zur Temperatursteuerung sind solche, bei denen die zu steuernde Anlage über Wärmewiderstände oder Thermoelemente gesteuert wird. Zu den häufigsten Störungen gehören: Eine falsche Montageposition, wodurch es nicht zu einem ausreichenden Wärmetausch zwischen dem Medium und den Messelementen kommt – dadurch liegt die angezeigte Temperatur zu niedrig ； · Es liegt an einer unzureichenden Isolierung des Temperaturmesspunkts, wodurch es zu einer schnellen Wärmeabgabe an dieser Stelle kommt. Dadurch ist die Temperatur am Messpunkt niedriger als die Temperatur im gesamten System ； · Es liegt an einer lockeren Verbindung bzw. einem schlechten Kontakt, wodurch die Anzeige ungenau ist. Verursacht eine zu hohe Widerstandstemperatur und eine zu niedrige Thermoelementtemperatur ； · Es handelt sich um einen Kurzschlussfehler. Verursacht eine zu niedrige oder minimale Wärmewiderstandswert, sowie einen zu niedrigen Wert oder Defekt der Thermoelemente ； · Es handelt sich um einen Kurzschluss (Off-Switch)-Defekt. Dadurch zeigt die Wärmewiderstandssensoren den maximalen Wert an, während die Thermoelemente keinen Wert anzeigen – bzw. den minimalen Wert. Außerdem ist bei der Analyse von Fehlern im Temperatursteuerungssystem zu beachten, dass in den meisten Fällen elektrische Messgeräte zur Messung, Anzeige und Steuerung verwendet werden, wodurch eine erhebliche Verzögerung bei der Messung entsteht. 4.2. Häufige Methoden zur Fehleranalyse 1) Zunächst wird der Anzeigewert des Temperaturmesssystems überprüft. Wenn dieser Wert auf den maximalen oder minimalen Wert ansteigt, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um einen Fehler im Messsystem handelt. Der Grund dafür ist, dass das Temperaturmesssystem in der Regel eine große Verzögerung bei der Messung aufweist – plötzliche Änderungen treten daher nicht auf. Fehler bei Temperaturkontrollgeräten entstehen erstens durch einen Defekt in den Thermoelementen, Wärmewiderständen sowie den Kompensationsschläuchen, und zweitens durch eine Störung des Transmitterverstärkers. 2) Überprüfen Sie, ob die Anzeigenwerte des Temperatursteuerungssystems ständig schnell oszillieren. Dieses Phänomen entsteht in der Regel aufgrund von Fehljustierungen der PID-Steuerparameter. 3) Überprüfen Sie, ob die Anzeigenwerte des Temperatursteuerungssystems stark und langsam schwanken. Dieses Phänomen wird in der Regel durch Veränderungen in den Prozessbedingungen verursacht. Falls es keine solchen Veränderungen gibt, kann davon ausgegangen werden, dass ein Fehler im Steuerungssystem selbst vorliegt. 4) Nachdem ein Fehler im Temperaturregelsystem festgestellt wurde, wird zunächst das Eingangssignal des Regelventils überprüft, um zu sehen, ob es Veränderungen gibt. Wenn sich das Eingangssignal nicht ändert, obwohl das Regelventil bereits arbeitet, kann davon ausgegangen werden, dass es einen Leckschaden in der Membran des Regelventils gibt ； Überprüfen Sie den Eingangssignal des Regelventil-Positioners. Wenn sich das Eingangssignal nicht ändert, während sich das Ausgangssignal ändert, liegt ein Defekt am Positionierer des Instruments vor ； Überprüfen Sie den Eingangssignal des Messgeräte-Positioniers und das Ausgangssignal des Reglers des Messgeräts. Wenn sich das Eingangssignal des Reglers nicht ändert, während sich das Ausgangssignal ändert, kann man davon ausgehen, dass mit dem Regler des Messgeräts selbst ein Fehler vorliegt.