El transmisor de temperatura es un instrumento electrónico muy utilizado en el campo del control de procesos industriales. Su función principal es convertir las señales débiles detectadas por sensores de temperatura (como termopares, resistencias térmicas RTDS o termistores) en señales de procesos industriales estándar (las más comunes son señales de corriente CC de 4-20 mA o señales digitales), y luego transmitir esta señal a instrumentos de visualización, controladores, sistemas de adquisición de datos o actuadores ubicados en la sala de control o a distancia.
El principio de funcionamiento de un transmisor de temperatura se puede resumir en los siguientes pasos clave:
Percepción de temperatura y generación de señales sin procesar:
Un sensor de temperatura (generalmente un termopar o una resistencia térmica como Pt100) entra en contacto directo con el medio que se mide para detectar sus cambios de temperatura.
Termopar (T/C): basado en el efecto Seebeck, cuando hay una diferencia de temperatura entre dos metales diferentes en el extremo de medición (extremo caliente) y el extremo de referencia (extremo frío), se generará en el circuito un potencial termoeléctrico (señal de voltaje de nivel de milivoltios-, mV) proporcional a la diferencia de temperatura.
Resistencia térmica (RTD): como Pt100, basada en la propiedad física de que el valor de resistencia del conductor metálico aumenta con el aumento de la temperatura (coeficiente de temperatura positivo). Los cambios de temperatura hacen que cambie su valor de resistencia (por ejemplo, es 100 Ω a 0 grados).
Termistores: basándose en la característica de que el valor de resistencia de los materiales semiconductores cambia significativamente con la temperatura, se clasifican en tipos de coeficiente de temperatura negativo (NTC) y coeficiente de temperatura positivo (PTC).
Acondicionamiento de señal (paso clave):
Amplificación: la señal original generada por el sensor (cambios de resistencia o voltaje de nivel MV-) es extremadamente débil. El circuito electrónico dentro del transmisor primero lo amplifica linealmente a un nivel estándar adecuado para el procesamiento posterior.
Compensación del extremo frío (para termopares): el potencial termoeléctrico generado por un termopar es función de la diferencia de temperatura entre el extremo caliente y el extremo frío (extremo de referencia, generalmente ubicado en el terminal interno del transmisor). Para obtener una temperatura medida precisa (en relación con 0 grados), el transmisor debe medir la temperatura real en su terminal (temperatura del extremo frío), calcular el potencial termoeléctrico que debe compensarse en función de esta temperatura y superponerlo (o un proceso equivalente) a la señal original, eliminando así el error causado por el cambio en la temperatura del extremo frío.
Linealización: la relación potencial termoeléctrico/resistencia-temperatura entre termopares y resistencias térmicas no es una línea recta perfecta, pero tiene un cierto grado de no linealidad. El transmisor suele almacenar en su interior la curva de linealización correspondiente al tipo de sensor (o la calcula mediante una fórmula). La señal amplificada/compensada se linealiza para representar directa y linealmente el valor de temperatura medido.
Filtrado de paso-bajo: elimina el ruido de alta-frecuencia que puede estar presente en la señal (como interferencias electromagnéticas, interferencias de vibración, etc.) para mejorar la estabilidad y precisión de la señal.
Conversión de señal
Convierta la señal analógica (voltaje) que ha sido acondicionada (amplificada, compensada, linealizada, filtrada) y representa con precisión la temperatura medida en una señal de salida estándar industrial.
La señal de salida más comúnmente utilizada es la señal de corriente de 4-20 mA: la señal de corriente convertida fluye a través del bucle. La temperatura cero o el límite inferior del rango suele corresponder a 4 mA y la temperatura de escala completa corresponde a 20 mA. ¿Por qué 4-20 mA?
Desplazamiento cero de 4 mA: puede distinguir cómodamente señales bajas verdaderamente efectivas (4 mA) de fallas de línea de desconexión del sensor (0 mA).
Fuerte anti-interferencia: en comparación con las señales de voltaje, las señales de corriente no son sensibles a los cambios en la resistencia del cable y las caídas de voltaje durante la transmisión de larga-distancia y es menos probable que sean interferidas por el ruido electromagnético.
Fuente de alimentación de dos-cables: muchos transmisores adoptan un diseño de dos-cables, es decir, proporcionan energía y transmiten señales de corriente simultáneamente a través de dos cables. El valor mínimo de 4 mA garantiza el requisito mínimo de corriente operativa del transmisor (comúnmente denominado "punto cero activo").
Transmisión de señal
La señal estándar convertida (como 4-20 mA) se transmite al extremo remoto a través de cables. Por sus características estandarizadas, las salas de control o PLCS y otros equipos pueden recibir y procesar directamente esta señal para:
Muestra el valor de temperatura (en la mesa del panel, estación del operador DCS/SCADA).
Entrada al controlador (como un controlador PID) para operaciones lógicas y regulación.
Almacenado en la base de datos histórica o utilizado para juzgar alarmas.
Accione el actuador (si se requiere control basado en la temperatura-).
