IIoT 기계 모니터링을 위한 열전대 및 Raspberry Pi

DAQ 디바이스는 Raspberry Pi 환경에서 열전대를 정확하게 측정할 수 있습니다. 방법은 다음과 같습니다. 이 기사는 2021년 3월 전자책 InTech Focus: 온도 및 압력에서 발췌한 것입니다.

첨단 사물 인터넷(IoT) 기술과 고급 분석은 예측 유지 관리를 가능하게 하기 때문에 프로세스 최적화와 산업 기계의 효율성 향상을 위해 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 형태의 자산 관리를 위해 분석되는 데이터에는 온도 측정이 포함되는 경우가 많습니다. 그리고 이러한 분석을 수행하기 위한 컴퓨팅 성능은 점점 더 Raspberry Pi를 기반으로 하는 IoT 장치에서 제공되고 있습니다.Raspberry Pi는 Broadcom과 협력하여 Raspberry Pi Foundation이 영국에서 개발한 일련의 소형 단일 보드 컴퓨터입니다. Raspberry Pi 프로젝트는 원래 학교와 개발도상국에서 기본적인 컴퓨터 과학을 가르치는 데 중점을 두었지만 Raspberry Pi의 기반이 성장함에 따라 컴퓨터 보드가 특히 IIoT 장치와 같은 산업 자동화 애플리케이션에 점점 더 많이 활용되고 있습니다. 오픈 소스 C/C++ 및 Python을 사용하면 사용자는 Linux에서 애플리케이션을 개발할 수 있습니다. 열전대는 온도를 측정하는 데 널리 사용되는 방법이지만 Raspberry Pi 환경에서 열전대를 정확하게 측정하는 데이터 수집(DAQ) 장치를 설계하고 구축하는 것은 어렵습니다. 이 기사에서는 정확한 열전대 측정의 어려움, MCC 134 DAQ HAT가 이를 수행하는 방법, 기계 상태 모니터링을 위해 IIoT 장치에서 MCC 134가 사용되는 방법에 대해 설명합니다.

열전대는 온도를 측정하는 데 사용되는 센서입니다. 이는 열 구배를 전위차로 변환하는 방식으로 작동합니다. 이는 Seebeck 효과로 알려진 현상입니다. 열전대는 서로 다른 금속이 한쪽 끝에 결합되어 접합부를 형성하는 두 개의 와이어로 구성됩니다. 두 개의 서로 다른 금속 와이어가 온도 구배에 따라 서로 다른 전위를 생성하기 때문에 측정할 수 있는 전압이 회로에 유도됩니다. 서로 다른 열전대 유형은 와이어의 금속 조합이 다르며 서로 다른 온도 범위를 측정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, J 유형 열전대는 철과 콘스탄탄(구리-니켈 합금)으로 만들어지며 -210°C ~ 1200°C 범위의 측정에 적합한 반면, T 유형 열전대는 구리와 콘스탄탄으로 만들어지며 측정에 적합합니다. –270°C ~ 400°C 범위에서. 위에서 언급한 열 구배는 두 접합, 즉 관심 지점의 측정 또는 열접점과 관심 지점의 기준 또는 냉접점 사이의 온도 차이를 나타냅니다. 측정 장치 커넥터 블록(그림 1) 열접점은 온도가 아니라 측정 접점을 나타냅니다. 이 접합부는 기준 또는 냉접점 온도보다 더 뜨겁거나 낮을 수 있습니다. 열전대는 온도 구배, 즉 열접점과 냉접점 간의 차이에 따라 전압을 생성합니다. 열접점의 절대 온도를 결정하는 유일한 방법은 냉접점의 절대 온도를 아는 것입니다. 기존 시스템은 알려진 냉접점 기준을 구현하기 위해 얼음 수조에 의존했지만 현대 열전대 측정 장치는 센서 또는 여러 센서를 사용하여 측정합니다. 열전대가 측정 장치에 연결되는 터미널 블록(냉접점)입니다.

열전대 측정 오류는 노이즈, 선형성, 오프셋 오류 등 다양한 원인으로 인해 발생합니다. 열전대 자체; 기준 또는 냉접점 온도 측정. 최신 24비트 측정 장치에서는 고정밀 ADC가 사용되며 노이즈, 선형성 및 오프셋 오류를 최소화하기 위한 설계 관행이 구현됩니다. 열전대 오류는 피할 수는 없지만 최소화할 수는 있습니다. 이 오류는 사용된 합금의 불완전성으로 인해 발생합니다. 배치마다 조금씩 다르기 때문입니다. 특정 열전대는 본질적으로 오류가 적습니다. 표준 유형 K 및 J 열전대는 최대 ±2.2°C 오류를 가지며, 유형 T 열전대는 최대 ±1°C 오류를 갖습니다. 더 비싼 열전대(특수 오류 한계[SLE])는 고급 와이어로 만들어지며 오류를 2배로 줄이는 데 사용할 수 있습니다. 열전대가 장치에 연결되는 냉접점을 정확하게 측정하는 것이 어려울 수 있습니다. . DT MEASURpoint 제품과 같은 고가의 장비에서는 등온 금속판을 사용하여 냉접점을 일정하게 유지하고 우수한 정확도로 쉽게 측정할 수 있습니다. 저비용 장치에서 등온 금속 블록은 비용이 많이 들고 등온 블록 없이는 불가능합니다. 열전대와 구리 커넥터 사이의 정확한 접촉 지점에서 온도를 측정합니다. 이로 인해 냉접점 온도 측정은 냉접점 근처의 온도나 전력 조건이 빠르게 변하여 발생하는 일시적인 오류에 취약해집니다.