Come funziona una PT100?

[gtsolid]

ciao a tutti,

devo interfacciare una sonda termica con il PLC e mi sto interrogando sullo schema elettrico allegato.

La sonda dovrebbe variare la sua resistenza in funzione della temperatura. Quindi a parita' di corrente circolante, avro' una tensione variabile.

Perche' servono 4 cavi? i negativi noto che sono in comune, perche? cos'e' quella forma tratteggiata? una specie di schermo con messa a terra?

 

[Livio Orsini]

Perchè le sonde tipo PT100 possono avere cavi a 2, 3 o 4 fili. i collegamenti a 3 fili compensano parzialmente la resistenza del collegamentoi, quelli a 4 fili la compensano quasi totalemente.

 

Il tuo dispositivo prevede collegamento a 4 fili. Usare una sonda con colelgamento a 3 fili, se non è espresamente previsto come alternativa dal dispositivo di lettura, non è una buona cosa perchè la misura è falsata,non di molto, ma è falsata.

 

Il cavo deve essere schermato e lo schermo deve essere collegato a terra, dal lato PLC. Il collegamento va eseguito tramite appositi collarini da ancorare alla barra equipotenziale di terra. i fili che fuori escono dallo schermo devono avere lungheza minima, solo l'indispensabile per eseguire il colelgamento a morsettiera.

[gtsolid]

Grazie! Dove viene effettuata la misura, tra un + ed un - penso, Ma quale dei 2 +?Grazie! Dove viene effettuata la misura, tra un + ed un - penso, Ma quale dei 2 +?

[Livio Orsini]

La misura viene effettuata sui 4 fili.

La topologia del circuito è tale da annullare la resistenza dei cavi di collegamento

Nella misura a 3 fili di annulla solo metà della resistenza di collegamento.

Nella misura a 2 fili la resistenza di collegamento è parte integrante della misura di resistenza.

 

Devi leggere il manuale della tua scheda per configurare l'interfaccia più adatta alle tue esigenze.

 

Perchè non ci dici con quale scheda interfacci la PT100?

[gtsolid]

20 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Perchè non ci dici con quale scheda interfacci la PT100?

E' un Siemens S7-300

[Livio Orsini]

Allora sposto la discussione nella sezione corretta.

Però devi indicare anche la sigla della scheda analogica che stai usando.

[gtsolid]

pardon, SIMATIC ET 200M

[19simo89]

forse intendeva la sigla completa della singola scheda a cui colleghi la pt100. dovrebbe iniziare per 6es7.

[Livio Orsini]

Certamente, è necessario sapere esattamente quale è il modulo ingressi analogico impiegato.

Della serie  ET 200M  ci sono alcuni tipi di moduli digitali, ed alcuni analogici

[batta]

Il 24/1/2020 alle 12:01 , Livio Orsini ha scritto:

Nella misura a 3 fili di annulla solo metà della resistenza di collegamento.

Non è esatto. Con il collegamento a tre fili, una compensazione seria prevede che venga assunto che i due fili abbiano la stessa resistenza, e viene compensato anche il filo che rimane da solo.

[rguaresc]

5 hours ago, Livio Orsini said:

è necessario sapere esattamente quale è il modulo

Infatti, per questo modulo ad esempio Analog Input Module SM 331; AI 8RTD24 Bit (adatto alle ET200M)
Il collegamento è diverso.

 

 

La compensazione è corretta se il modulo può misurare la tensione (M-) - (Ic-) e poi trovata la resistenza può raddoppiarla. 

[Livio Orsini]

12 ore fa, batta ha scritto:

Non è esatto. Con il collegamento a tre fili, una compensazione seria prevede che venga assunto che i due fili abbiano la stessa resistenza, e viene compensato anche il filo che rimane da solo.

 

No Batta ti sbagli, non è così che avviene la misura.

 

Ti riporto un passo del datasheet del MAX31865, integrato specialistico per misure di RTD PT100, di buona qualità. (per misure estremamente precise bisogna ricorrere a circuitazioni specialistiche con amplificatori da strumentazione).

Quote

A 2-wire connection (see the Typical Application Circuits) can give acceptable results when the RTD is located close to the MAX31865. Note that, for a PT100, series resistance of 0.4 Ohm causes an error of approximately 1°C. Therefore, as the cable length increases, the error due to cable resistance can become excessive.

The 4-wire connection eliminates errors due to cable resistance by using separate force and sense leads.

A 3-wire connection is a compromise approach that uses one less conductor than the 4-wire approach. To compensate for the voltage drop across the return wire, the voltage between FORCE+ and RTDIN+ is subtracted from (RTDIN+ - RTDIN-). This is accomplished using the FORCE2 sampling input. If the cable resistances are well-matched, the error due to cable resistance is cancelled.

 

Per avere una quasi totale cancellazione della resistenza di collegamento, nel collegamento a 3 fili, è indispensabile che le resistenze dei 3 collegamenti siano identiche sino al punto di misura. Cosa non reale, sia per le normali differenze tra i 3 conduttori, ma anche soprattutto per le differenze tra le resitenze di contatto dei collegamenti di morsettiera e connettori.

Notare l'uso del termine " well-matched" e non di "equals"  proprio per sigificare che si specifica un giusto accoppiamento.

 

Se per i normali processi industriali, la precisione di una misura a 3 fili è più che sufficiente, non significa che una misura a 3 o 4 fili abbiano la stessa precisione.

Nei processi industriali si usa la misura a 3 fili, se non la semplice misura a 2 fili, perchè i sensori adottarti in genere hanno una tolloranza intrinseca maggiore dell'errore causato dalla linea di collegamento.

 

Quando si deve ottenere una precisione e, soprattutto, una ripetibilità, della misura di grado più elevato, si ricorre ad un trasduttore di classe superiore allo standard e si procede ad una sua caratterizzazione specifica. Poi la misura si effettua esclusivamente con il collegamento a 4 fili.

 

11 ore fa, Yiogo ha scritto:

è per questa ragione che il collegamento a 4 fili è stato da tempo abbandonato quasi da tutti

 

No è stato abbandonato, nelle applicazioni industriali, solo perchè si usano trasduttori che hanno un errore intrinseco maggiore di quello che è causato dal collegamento a 3 fili; poi, nella corsa al risparmio su tutto, si risparmia anche sui cavi di collegamento.

 

Comunque se si leggono i cataloghi di produttori di trasduttori di temperatura con prestazioni elevate, si nota che, per gli standard di misura più elevati, su usano trasduttori da 1000 ohm e collegamento a 4 fili.

Modificato: 26 gennaio 2020 da Livio Orsini

[batta]

8 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

Per avere una quasi totale cancellazione della resistenza di collegamento, nel collegamento a 3 fili, è indispensabile che le resistenze dei 3 collegamenti siano identiche sino al punto di misura. Cosa non reale, sia per le normali differenze tra i 3 conduttori, ma anche soprattutto per le differenze tra le resitenze di contatto dei collegamenti di morsettiera e connettori.

 

Il 24/1/2020 alle 12:01 , Livio Orsini ha scritto:

Nella misura a 3 fili di annulla solo metà della resistenza di collegamento.

Livio, penso sarai d'accordo con me se dico che queste due affermazioni sono quasi una l'opposto dell'altra. In pratica, nel tuo post più recente, non fai altro che confermare ciò che avevo detto io.

 

Per misure di alta precisione, chiaro che il collegamento a 4 fili è migliore. In ogni caso, come ho detto, nel collegamento a 3 fili si assume che i due collegamenti abbiano la stessa resistenza. L'errore di misura è ridotto alla differenza di resistenza tra i due collegamenti, non dal fatto che si compensi solo metà della resistenza di collegamento. Ora sfido chiunque a dimostrare che due fili dello stesso cavo hanno differente resistenza, o che è diversa la resistenza di contatto di collegamenti uguali, tali da falsare la misura di una PT100.

Riguardo le PT1000, molto spesso sono a due fili, perché la resistenza dei collegamenti in proporzione è meno rilevante rispetto ad una PT100.
Stiamo parlando di una scheda di un PLC, non di applicazioni da laboratorio con misure ad alta precisione.

[Livio Orsini]

2 ore fa, batta ha scritto:

Livio, penso sarai d'accordo con me se dico che queste due affermazioni sono quasi una l'opposto dell'altra

 

Visto il tenore della domanda iniziale di gtsolid, nel primo messaggio ho semplificato molto per rendere immediatamente l'idea della differenza tra le due connessioni.

2 ore fa, batta ha scritto:

In pratica, nel tuo post più recente, non fai altro che confermare ciò che avevo detto io.

 

Questa è la tua interpretazione.

Nel mio secondo messaggio spiego più compiutamente comne avviene la compensazione reale.

Nota che la serietà di Maxim fa si che scrivano che la connessione a 3 fili è  "  .. a compromise approach .." ovvero è un approccio di compromesso tra semplicità e precisione.

 

2 ore fa, batta ha scritto:

Stiamo parlando di una scheda di un PLC, non di applicazioni da laboratorio con misure ad alta precisione.

 

Certo, ho fatto questo distinguo quando ho scritto:

" Nei processi industriali si usa la misura a 3 fili, se non la semplice misura a 2 fili, perchè i sensori adottarti in genere hanno una tolloranza intrinseca maggiore dell'errore causato dalla linea di collegamento.".

 

Forse, quando tu hai fatto la tua prima precisazione, hai un po' perso di vista l'argomento principale della discussione, che non è se è sufficiente usare il collegamento 3 fili o quale collegamento usare, ma nella sostanza è:

1. Come funziona una PT100
2. Ho questa PT100 e questa scheda, come faccio a collegare il sensore alla scheda. In effetti manca ancora l'informmazione di quale scheda stia usando l'autore della discussione.

Poi tutto dipende dall scopo della misura e dalla precisione necesaria., ma affermare che il collegamento a 3 fili annulla totalmente la resistenza di linea non è corretto.

Me ne sono accorto a mie spese una quindicina di anni fa quando, per una misura ho previsto una pt 1000 con collegamento a 3 fili, purtroppo ho dovuto cambiare sensore ed usare un 4 fili, non tanto per la precisione della misura, che era possiible raggiungere con opportuna taratura, ma per la deriva nel tempo.

 

2 ore fa, batta ha scritto:

Ora sfido chiunque a dimostrare che due fili dello stesso cavo hanno differente resistenza, o che è diversa la resistenza di contatto di collegamenti uguali, tali da falsare la misura di una PT100.

 

Se provassi a fare delle misure in condizioni reali, con strumentazione adatta, probabilmente resteresti sorpreso, specialmente se la distanza tra sensore e sistema di misura è di alcune decine di metri, cosa abbastanza normale in un impianto.

Non so se ti ricordi, quella discussione di alcuni anni fa, relativa alle sezioni dei fili. Facemmo delle misure e l'unica costante era che la sezione era sempre inferiore al valore dichiarato.

Anni fa (parecchi oramai) feci delle verifiche sulle resistenze di contatto dei morsetti, per problemi particolari, e trovai dai dati di differenza tale che mi stupii.

 

Tieni anche presente che nel caso migliore hai 2 connessioni a morsetti: morsettiera del quadro e morsettiera della scheda. In altri casi hai anche morsettiere in termedie.

Oggi usando i moduli remotati diretta a ridosso della macchina, riduci sia la lunghezzza dei cavi che la necessità di usare connessioni intermedie.

[batta]

33 minuti fa, Livio Orsini ha scritto:

Forse, quando tu hai fatto la tua prima precisazione, hai un po' perso di vista l'argomento principale della discussione

Livio, non per polemica, ma io avevo solo risposto a questo:

Il 24/1/2020 alle 12:01 , Livio Orsini ha scritto:

Nella misura a 3 fili di annulla solo metà della resistenza di collegamento.

E, scusami se insisto, ma questa affermazione non è corretta.
Nel collegamento a tre fili non si annulla solo la metà della resistenza del collegamento, ma si misura la caduta di tensione su un collegamento alla PT100, e si assume che, sull'altro collegamento, ci sia una caduta di tensione uguale. Il che sarà vero se la resistenza dei due collegamenti sarà uguale. L'errore che si commette con il collegamento a tre fili quindi deriva dal fatto che la resistenza dei due collegamenti non sarà esattamente uguale, ma è ben diverso dal compensare la resistenza di uno solo dei due collegamenti.

 

Poi si può disquisire su quanto potrà essere diversa la resistenza tra ii due rami, ma è già un altro argomento.
In ogni caso, in una PT100 standard un grado centigrado corrisponde ad una differenza di resistenza di 0.385 Ohm, che non è poco: corrisponde a circa 20 metri di filo da 1 mmq.
Ora, considerando che mi risulta difficile pensare di trovare resistenze di contatto molto diverse tra morsetti uguali, e mi risulta difficile anche pensare a sezioni diverse tra conduttori dello stesso cavo, ritengo che il collegamento a 3 fili solo in rarissimi casi non soddisfi i requisiti di precisione richiesti da un processo controllato da un PLC.
E questo è confermato anche dalla pratica, dato che risulta rarissimo, nel settore automazione, imbattersi in PT100 a 4 fili.

 

Per curiosità, ho misurato la resistenza di un collegamento che passa da 5 morsetti a vite da 2.5 mmq, collegati tra loro da un filo da 0.75 mmq e lunghezza circa 0.5 m.
La misura l'ho effettuata con un multimetro Fluke 289, impostato su misure per basse resistenze (fondo scala 50 Ohm, risoluzione 0.001 Ohm). Cortocircuitato i puntali e impostato misura di resistenza relativa (in modo da azzerare la resistenza dei puntali stessi), e poi collegati i puntali ai due morsetti estremi. Risultato: resistenza di circa 30 mOhm. Se consideriamo che circa 10 mOhm sono solo per il mezzo metro di filo, mi risulta che 5 morsetti incidono per circa 20 mOhm.
Per una PT100, significherebbe un errore di misura di circa 0.008 °C.
Ma, a parte questo, quello che in un collegamento a tre fili causerebbe errore, non è tanto la resistenza di questi collegamenti, ma la differenza di resistenza tra i due capi della PT100.
Ricordo poi benissimo la discussione sulle differenze tra la sezione nominale e la sezione reale di un cavo, ma non credo ci siano differenze di sezione rilevanti tra due conduttori dello stesso cavo.
Quindi, considerando che i due fili fanno esattamente lo stesso percorso, non vedo come potremmo avere differenze significative di resistenza tra i due capi della sonda.

[Livio Orsini]

1 ora fa, batta ha scritto:

E, scusami se insisto, ma questa affermazione non è corretta.

 

L'ho scritto prima (forse ti è sfuggito): la mia è stata una mia semplificazione eccessiva.

La protezione a 3 fili si basa sull'assunto che i 3 collegamenti abbiano identica resistenza, fatto probabile, ma non certo. Punto.

 

Come ho già ribadito più volte, anch'io ritengo che nelle normali applicazioni industriali, il collegamento a 3 fili sia più che sufficiente, anzi nella maggioranza dei casi è già sufficiente il collegamento a 2 fili.

Anche perchè dubito che una normale scheda di PLC per interfaccia di RTD possa dare prestazioni signigicativamente migliori con un collegamento a 4 fili.

 

 

 

 

 

 

 

[Livio Orsini]

11 minuti fa, Yiogo ha scritto:

se poi vogliamo disquisire sul sesso degli angeli e ipotizzare errori che vedrebbero solo schede da laboratorio che costano 100 volte un plc intero andiamo pure avanti

 

non èuna disquisizione sul sesso degli angeli, ma dati di fatto.

Esistono delle differenze tra i vari tipi di compensazione.

Leggiti bene quello che ho scritto e ribadito.

13 minuti fa, Yiogo ha scritto:

è importante fare un'altra considerazione, se collego una scheda con ingresso progettato per 4 fili con un falso tre fili la sua precisione è peggiore di una 3 fili nativa ma di nuovo, per non cadere io stesso nello stesso errroe di Livio, staremmo parlando di minuzie

 

Devo constatare che o non leggi quello che scrivo, o non capisci quello che ho scritto.

Io l'ho scritto da subito chiaramente che e l'unico che sembra non averloi capito sei tu.

tanto per citrare me stesso:

 

22 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

Certamente, è necessario sapere esattamente quale è il modulo ingressi analogico impiegato.

 

Io non ho fatto errori, se non per una semplificazione eccesiva.

[gtsolid]

pardon, sarebbe un 6ES7321-1BLOO-OAAO

[mc1988]

23 minuti fa, gtsolid ha scritto:

6ES7321-1BLOO-OAAO

 

Attenzione: questa è una scheda di ingressi digitali, non analogici!

[Livio Orsini]

Ma ne sei sicuro? questa sigla corrisponde ad una scheda con 32 ingressi digitali a 24V!!!!!

[gtsolid]

6ES7322-1BL00-0AA0

ho sbagliato un numero, l'avevo scritto a mano🙂

[Livio Orsini]

Scusa ma ci prendi per i fondelli? vai a tentivi?

Non hai la scheda che inbtendi usare?

 

Data sheet 6ES7322-1BL00-0AA0

SIMATIC S7-300, Digital output SM 322, isolated, 32 DO, 24 V DC, 0.5A, 1x 40-pole, Total current 4 A/group (16 A/module)

 

 

[gtsolid]

Ah mi sembrava di avere lo schema elettrico sbagliato... Scusate. 6ES7331-7K02-0AB0

[gtsolid]

La misura la posso ottenere tra IC+ e IC-? mi pare che M0+ e IC0+ siano ponticellati, penso per aumentare l'accuratezza di misura. Come funziona? si crea un partitore di tensione praticamente?

[batta]

1 ora fa, gtsolid ha scritto:

Scusate. 6ES7331-7K02-0AB0

Certo che con i codici hai qualche problema. Anche questo codice è sbagliato.

Potrebbe essere:

6ES7331-7KB02-0AB0: 2 ingressi analogici

oppure:

6ES7331-7KF02-0AB0: 8 ingressi analogici

 

Ora vado a memoria, quindi verifica sui manuali. Mi pare che, entrambi i moduli, per le termoresistenze prevedano solo il collegamento a 4 fili, e occupino due canali per ogni RTD.

Per le RTD sarebbe più indicato il modulo 6ES7331-1KF02..... al quale puoi collegare 8 RTD con collegamento a 3 fili.

 

Ripeto: vado a memoria, e sono moduli che non uso più da parecchio tempo (ora c'è il 1500), ma sono abbastanza sicuro che sia così.