Transmisores de temperatura

Medición de temperatura industrial

La temperatura es una de las cuatro mediciones básicas de proceso (las otras son la presión, el nivel y el caudal). Las mediciones de temperatura se utilizan en una gran variedad de aplicaciones. La imprecisión de una lectura de temperatura puede repercutir en los resultados finales.

Por ejemplo, si un controlador está manteniendo la temperatura del agua a 100°F en un proceso y la medición de temperatura que llega al controlador es sólo 1°F por debajo de la temperatura real, el controlador aumentará la energía al proceso para llegar a 100°F (aunque realmente no sea necesario.) ¿Cuánto le costará al año esta energía desperdiciada? Por supuesto, depende de la cantidad de agua de la que estemos hablando, pero si utiliza más de 100.000 al año, ¿le costará 8.000 $ al año? ¿10.000 $/año o más? El coste de una pequeña imprecisión en la medición (sólo 1 °F) es muy real, pero a menudo se pasa por alto.

Como puede ver, es importante conocer bien la medición de la temperatura. En las secciones siguientes se tratarán los conceptos básicos de los sensores de temperatura y por qué es útil utilizar un transmisor de temperatura.

Sensores

A lo largo de los años se han desarrollado numerosos sensores. Todos ellos infieren la temperatura a través de algún cambio en una característica física del sensor. Un buen ejemplo es un termómetro de mercurio. El volumen de mercurio (la característica física) cambia de forma predecible cuando cambia la temperatura. Conocer el cambio predecible nos permite construir un termómetro con una escala visual en la que podemos leer la temperatura. Pero, en aplicaciones industriales, necesitamos algo más preciso que el termómetro de mercurio. Los sensores más utilizados en aplicaciones industriales son los detectores de temperatura resistivos (RTD) y los termopares (T/C).

¿Cuáles son las diferencias entre un RTD y un termopar?

Los RTD están fabricados con un único material cuya resistencia eléctrica cambia al variar la temperatura. Conocer la relación entre resistencia y temperatura permite deducir la temperatura medida. El platino es un material muy utilizado en los RTD, aunque también se utilizan otros materiales. El platino tiene un cambio de resistencia estable y bien definido por cada grado de cambio de temperatura en una amplia gama de temperaturas. La ventaja de los RTD es su precisión estable durante un largo periodo de tiempo. Las desventajas son su mayor coste inicial y su limitada capacidad de medición en comparación con los termopares (véase el gráfico siguiente).

Los termopares están formados por dos conductores eléctricos distintos unidos por un extremo. Los cambios de temperatura en el punto de conexión de los dos materiales hacen que se genere una tensión entre ellos. Conocer la relación entre la tensión generada y la temperatura permite deducir la temperatura medida. Los termopares se fabrican con distintas combinaciones de materiales. Cada combinación tiene una envolvente de temperatura diferente. Los termopares son más resistentes, menos caros, responden con mayor rapidez y tienen mayores envolventes de medición que los RTD, pero no son tan estables y su precisión se degrada con el tiempo.

Los termopares son los más utilizados.

Transmisores de temperatura

Al igual que con todos los instrumentos de campo, el propósito de tomar una lectura de temperatura es obtener esa información de vuelta al controlador / monitor de una manera oportuna​, precisa y fiable.

Los RTD y los termopares pueden cablearse directamente al dispositivo receptor.

Entonces, ¿por qué utilizar un transmisor de temperatura?

Cada tipo de sensor tiene sus propias dificultades a la hora de conectarlo directamente al dispositivo receptor. Por lo general, este método tendrá un efecto negativo en la precisión y fiabilidad de la señal del sensor.

Los RTD utilizan alambres de extensión. Estos cables añaden resistencia a la señal de los RTD. Dado que los RTD utilizan la resistencia para medir la temperatura, cualquier resistencia que no contribuya a la temperatura provocará un error cuando llegue al dispositivo receptor. La resistencia "extra" se puede compensar utilizando un RTD de 3 o 4 hilos. Estos hilos adicionales se utilizan para medir la resistencia en el cableado. El dispositivo receptor puede utilizar la información para compensar la resistencia extra. Sin embargo, el cableado debe ser de 3 ó 4 hilos. Este cableado puede costarle hasta el doble que el cable normal de 2 hilos.

Los termopares requieren un cableado especial para conectar el termopar al dispositivo receptor. Este cableado debe estar fabricado con los mismos materiales que el propio termopar. Si se utiliza un cableado con un material diferente, el dispositivo receptor recibirá una señal dañada. Garantizar que el cableado especial esté disponible durante la instalación y mantener un suministro para el mantenimiento posterior añade una capa de complejidad al uso de un termopar. El coste de este cableado especial también es un factor a tener en cuenta (especialmente en el caso de tendidos largos).

Los transmisores de temperatura resuelven estos problemas. El transmisor puede colocarse cerca del sensor para reducir el cableado especial necesario, reduciendo así cualquier posible error. El transmisor convierte la señal del sensor en una señal que puede transmitirse a mayor distancia. Esta señal puede ser una simple señal analógica de 4 a 20 mA CC, una señal digital (protocolo Hart, protocolo BRAIN o protocolo FOUNDATION™ Fieldbus) o una señal inalámbrica (ISA100). El transmisor hace llegar una señal precisa y fiable al dispositivo receptor deseado utilizando un par trenzado estándar o, en el caso de un transmisor inalámbrico, sin cables.

Transmitir la información al controlador/monitor de forma oportuna​, precisa​ ​y fiable.