El transmissor de temperatura és un instrument electrònic àmpliament utilitzat en el camp del control de processos industrials. La seva funció principal és convertir els senyals febles detectats pels sensors de temperatura (com ara termoparells, resistències tèrmiques RTDS o termistors) en senyals de procés industrial estàndard (els més comuns són senyals de corrent continu de 4-20 mA o senyals digitals), i després transmetre aquest senyal a instruments de visualització, controladors, sistemes d'adquisició de dades o actuadors situats a la sala de control o a distància.
El principi de funcionament d'un transmissor de temperatura es pot resumir en els següents passos clau:
Percepció de la temperatura i generació de senyal brut:
Un sensor de temperatura (normalment un termoparell o una resistència tèrmica com ara Pt100) entra en contacte directe amb el medi que es mesura per detectar els seus canvis de temperatura.
Termoparell (T/C): d'acord amb l'efecte Seebeck, quan hi ha una diferència de temperatura entre dos metalls diferents a l'extrem de mesura (extrem calent) i a l'extrem de referència (extrem fred), es generarà al circuit un potencial termoelèctric (senyal de tensió de nivell en milivolt-, mV) proporcional a la diferència de temperatura.
Resistència tèrmica (RTD): com Pt100, en funció de la propietat física que el valor de la resistència del conductor metàl·lic augmenta amb l'augment de la temperatura (coeficient de temperatura positiu). Els canvis de temperatura fan que el seu valor de resistència canviï (per exemple, és de 100Ω a 0 graus).
Termistors: a partir de la característica que el valor de la resistència dels materials semiconductors canvia significativament amb la temperatura, es classifiquen en tipus de coeficient de temperatura negatiu (NTC) i coeficient de temperatura positiu (PTC).
Condicionament del senyal (pas clau):
Amplificació: el senyal original generat pel sensor (canvis de tensió o resistència de nivell MV-) és extremadament feble. El circuit electrònic dins del transmissor primer l'amplifica linealment a un nivell estàndard adequat per al processament posterior.
Compensació de l'extrem fred (per a termoparells): el potencial termoelèctric generat per un termoparell és una funció de la diferència de temperatura entre l'extrem calent i l'extrem fred (extrem de referència, normalment situat al terminal intern del transmissor). Per obtenir una temperatura mesurada amb precisió (relativa a 0 graus), el transmissor ha de mesurar la temperatura real al seu terminal (temperatura final freda), calcular el potencial termoelèctric que cal compensar en funció d'aquesta temperatura i superposar-lo (o un procés equivalent) al senyal original, eliminant així l'error causat pel canvi de temperatura final freda.
Linealització: la relació potencial termoelèctric/resistència-temperatura entre termoparells i resistències tèrmiques no és una línia recta perfecta, però té un cert grau de no linealitat. El transmissor normalment emmagatzema la corba de linealització corresponent al tipus de sensor a l'interior (o la calcula mitjançant una fórmula). El senyal amplificat/compensat està linealitzat per representar directament i linealment el valor de temperatura mesurat.
Filtret-de pas baix: elimina el soroll d'alta-freqüència que hi pot haver present al senyal (com ara interferències electromagnètiques, interferències de vibracions, etc.) per millorar l'estabilitat i la precisió del senyal.
Conversió de senyal
Converteix el senyal analògic (tensió) que s'ha condicionat (amplificat, compensat, linealitzat, filtrat) i representa amb precisió la temperatura mesurada en un senyal de sortida estàndard industrial.
El senyal de sortida més utilitzat és el senyal de corrent de 4-20mA: el senyal de corrent convertit flueix pel bucle. La temperatura zero o el límit inferior del rang normalment correspon a 4 mA i la temperatura a escala real correspon a 20 mA. Per què 4-20mA?
Desplaçament zero de 4 mA: pot distingir convenientment els senyals baixos realment efectius (4 mA) de les fallades de la línia de desconnexió del sensor (0 mA).
Forta anti-interferència: en comparació amb els senyals de tensió, els senyals actuals no són sensibles als canvis en la resistència del cable i a les caigudes de tensió durant la transmissió a llarga-distància i és menys probable que es vegin interferits pel soroll electromagnètic.
Font d'alimentació de dos-fils: molts transmissors adopten un disseny de dos-fils, és a dir, proporcionen energia i transmeten senyals de corrent simultàniament a través de dos cables. El valor mínim de 4mA garanteix el requisit mínim de corrent de funcionament del transmissor (comunament conegut com el "punt zero actiu").
Transmissió del senyal
El senyal estàndard convertit (com ara 4-20 mA) es transmet a l'extrem remot mitjançant cables. A causa de les seves característiques estandarditzades, les sales de control o PLCS i altres equips poden rebre i processar directament aquest senyal per:
Mostra el valor de la temperatura (a la taula del panell, estació d'operador DCS/SCADA).
Entrada al controlador (com ara un controlador PID) per a operacions lògiques i regulació.
Emmagatzemat a la base de dades històrica o utilitzat per a judici d'alarma.
Conduïu l'actuador (si cal un control basat en la temperatura{0}).
