Transmissores de temperatura

Medição de temperatura industrial

A temperatura é uma das quatro medições básicas de processo (as outras são pressão, nível e fluxo). As medições de temperatura são usadas em uma série de aplicações diferentes. A imprecisão de uma leitura de temperatura pode ter um impacto no resultado final.

Por exemplo, se um controlador estiver mantendo a temperatura da água a 100°F em um processo e a medição da temperatura que retorna ao controlador estiver apenas 1°F abaixo da temperatura real, o controlador aumentará a energia para o processo para chegar a 100°F (embora isso não seja realmente necessário). É claro que isso depende da quantidade de água de que estamos falando, mas, se você estiver usando mais de 100.000 por ano, isso custará US$ 8.000/ano? US$ 10.000/ano? ou mais? O custo de uma pequena imprecisão de medição (apenas 1°F) é muito real, mas muitas vezes ignorado.

Você pode ver que é importante ter um bom entendimento da medição de temperatura. As seções a seguir abordarão os conceitos básicos dos sensores de temperatura e por que o uso de um transmissor de temperatura é útil.

Sensores

Vários sensores foram desenvolvidos ao longo dos anos. Todos eles inferem a temperatura por meio de alguma alteração em uma característica física do sensor. Um bom exemplo é o termômetro de mercúrio. O volume de mercúrio (a característica física) muda de forma previsível à medida que a temperatura muda. Conhecer a mudança previsível nos permite construir um termômetro com uma escala visual a partir da qual podemos ler a temperatura. Mas, em aplicações industriais, precisamos de algo mais preciso do que o termômetro de mercúrio. Os sensores mais comuns usados em aplicações industriais são os detectores de temperatura resistivos (RTD) e os termopares (T/C).

Quais são as diferenças entre um RTD e um termopar?

Os RTDs são feitos de um único material cuja resistência elétrica muda conforme a temperatura. Conhecer a relação entre resistência e temperatura nos permite inferir a temperatura medida. Um material comum usado para RTDs é a platina, mas outros materiais também são usados. A platina tem uma mudança de resistência estável e bem definida por grau de mudança de temperatura em um amplo envelope de temperatura. A vantagem dos RTDs é a saída precisa e estável por um longo período de tempo. As desvantagens são o custo inicial mais alto e o envelope de medição limitado em comparação com os termopares (consulte o gráfico abaixo).

Os termopares são feitos de dois condutores elétricos diferentes que são unidos em uma extremidade. As mudanças de temperatura no ponto de conexão dos dois materiais fazem com que seja gerada uma tensão entre eles. Conhecer a relação entre a tensão gerada e a temperatura nos permite inferir a temperatura medida. Os termopares são feitos de várias combinações diferentes de materiais. Cada combinação tem um envelope de temperatura diferente. Os termopares são mais robustos, mais baratos, respondem mais rapidamente e têm envelopes de medição maiores quando comparados aos RTDs; porém, não são tão estáveis e a precisão se degrada com o tempo.

Os termopares são os mais comumente usados entre os dois.

Transmissores de temperatura

Assim como acontece com todos os instrumentos de campo, o objetivo de fazer uma leitura de temperatura é enviar essas informações de volta ao controlador/monitor em tempo hábil​, com precisão e confiabilidade.

RTDs e termopares podem ser conectados diretamente ao dispositivo receptor.

Então, por que usar um transmissor de temperatura?

Cada tipo de sensor tem desafios exclusivos para a fiação direta do dispositivo receptor. Em geral, esse método terá um efeito negativo sobre a precisão e a confiabilidade do sinal do sensor.

Os RTDs usam fios de extensão. Esses fios adicionam resistência ao sinal dos RTDs. Como os RTDs usam resistência para medir a temperatura, qualquer resistência que não seja contribuída para a temperatura causará um erro quando chegar ao dispositivo receptor. A resistência "extra" pode ser compensada com o uso de RTDs de 3 ou 4 fios. Esses fios extras são usados para medir a resistência na fiação. O dispositivo receptor pode usar as informações para compensar a resistência extra. No entanto, você terá que usar um cabeamento de 3 ou 4 fios. Esse cabeamento pode custar até duas vezes mais do que o cabo normal de 2 fios.

Os termopares requerem fiação especial para conectar o termopar ao dispositivo receptor. Essa fiação deve ser feita com os mesmos materiais que o próprio termopar. Se for usada uma fiação de material diferente, o dispositivo receptor receberá um sinal corrompido. Garantir que a fiação especial esteja disponível durante a instalação e manter um suprimento para manutenção posterior adiciona uma camada de complexidade ao uso do termopar. O custo dessa fiação especial também é um fator a ser considerado (especialmente no caso de longas extensões de fiação).

Os transmissores de temperatura resolvem esses problemas. O transmissor pode ser colocado próximo ao sensor para reduzir a necessidade de fiação especial, reduzindo assim qualquer erro em potencial. O transmissor converte o sinal do sensor em um sinal que pode ser transmitido a uma distância maior. Esse sinal pode ser um sinal analógico simples de 4 a 20 mA CC, um sinal digital (Protocolo Hart, Protocolo BRAIN ou Protocolo FOUNDATION™ Fieldbus) ou um sinal sem fio (ISA100). O transmissor obtém um sinal preciso e confiável para o dispositivo receptor desejado usando um par trançado padrão ou, no caso de um transmissor sem fio, nenhum fio.

Retornar as informações ao controlador/monitor em tempo hábil, de forma precisa e confiável.