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Selecionando o Transmissor de Temperatura Correto para Sua Aplicação

Panorama Tecnológico

Transmissores de Temperatura Um sinal de temperatura errado ou duvidoso pode ter consequências muito custosas. Acreditando que uma fornalha está fria demais, um operador de processo pode aumentar o calor, danificando produtos de alto valor que estiverem dentro. Outra possibilidade é que um supervisor de sala de controle desative uma linha de produção para evitar um problema indicado, mas que não é real.

Problemas como esses surgem quando o sinal de voltagem fraca de um termopar ou RTD é alterado por ruído elétrico. Uma solução é colocar um transmissor de temperatura perto do ponto de medição, para que seja mandado um sinal mais robusto. Este Guia de Referência da OMEGA Engineering analisa as vantagens de usar transmissores de temperatura e as opções disponíveis. As seções individuais abordam:
  • Alteração de sinal de temperatura
  • Visão geral de transmissores de temperatura
  • Vantagens de usar transmissores de temperatura
  • Tipos de transmissores e seleção

Alteração de Sinal de Temperatura

O Efeito Seebeck descreve como fios diferentes colocados em contato produzem uma voltagem quando suas junções estão a temperaturas diferentes. Servindo de base para todos os termopares, esse sinal muito fraco (normalmente somente de microvolts por grau) é usado para indicar temperatura. Similarmente, RTDs também proporcionam sinais muito fracos. Essas pequenas voltagens são suscetíveis aos efeitos de interferência eletromagnética (EMI, na sigla em inglês) e interferência de radiofrequência (RFI, na sigla em inglês).

Locais como plantas de processamento químico, fábricas e plantas de geração de energia têm muitos itens de equipamentos emitindo EMI/RFI. Motores grandes, transmissões de frequência variável, transformadores, e especialmente dispositivos interruptores como soldadores, relés e solenoides, emitem sinais elétricos através do ar. Os fios finos usados para transmitir sinais de termopar e RTD agem como antenas, captando e transmitindo essa radiação. Quando o sinal de temperatura é enviado por distâncias mais longas (o que é frequente em plantas de processo de larga escala), o potencial para degradação de sinal aumenta.

Visão Geral de Transmissores de Temperatura

Um transmissor de temperatura é essencialmente uma forma de amplificador, filtrando, condicionando e aumentando a intensidade do sinal para ser melhor recebido no local onde a temperatura é lida. Os fios de termopar ou RTD estão conectados diretamente ao transmissor, que leva o sinal de entrada a se tornar um sinal de saída em uma escala de 4 a 20 mA, uma voltagem de 0 a 10 Vdc ou um sinal de saída digital como RS232, RS485 e Modbus®. Isso é enviado por um fio de par trançado para onde quer que seja necessário exibir ou registrar.

Transmissores de temperatura estão disponíveis em muitas formas e com vários graus de sofisticação, desde unidades montáveis em trilhos DIN compactas até dispositivos programáveis e "inteligentes" com capacidade de diagnóstico.

Vantagens de Usar Transmissores de Temperatura

Historicamente, cabeamento direto dos sensores de temperatura até o display ou equipamento registrador de dados era a norma. Entretanto, crescentemente os engenheiros estão reconhecendo os benefícios de usar transmissores de temperatura. Estes incluem:
  • Integridade de sinal melhorada, especialmente em longas distâncias. O uso de fio de par trançado blindado proporciona uma resistência a EMI ainda maior.
  • Sinal de saída padronizado. Diferentemente do sinal de saída de cabeamento direto, o sinal de 4 a 20 mA é compatível com a maioria dos sistemas de aquisição de dados, registro e display, permitindo uma padronização do hardware.
  • Maior exatidão. Adicionar o sinal de saída de miliamperes a parte do intervalo do sensor pode melhorar a resolução e proporcionar maior exatidão. Além disso, alguns transmissores podem detectar flutuação de termopar e propiciar um alerta antes de que problemas surjam.
  • Cabeamento menos custoso. Fios de extensão de termopar são geralmente feitos do mesmo material que o próprio dispositivo, sendo então mais caros e mais frágeis que fios de par trançado padrão. O par trançado é mais facilmente "puxado" e o menor custo por metro ocasiona considerável economia no longo prazo.
  • Manutenção simplificada. Fios de par trançado aguentam melhor ambientes hostis, e por isso quebras e curto-circuitos são menos comuns e facilmente detectáveis se ocorrerem. Transmissores "inteligentes" podem mandar informação de diagnóstico, e assim os problemas são entendidos antes de que um técnico comece a rastrear os cabos e procurar os defeitos.
  • Flexibilidade de aperfeiçoamento e atualização. Depois de que os transmissores de temperatura estão instalados, se o processo muda e diferentes termopares são necessários, somente o próprio sensor tem que ser trocado. Contrariamente, um transmissor pode ser instalado usando-se conexões de cabo diretas existentes (apesar de que a imunidade a EMI ficaria mais baixa).

Tipos de Transmissor e Seleção

Transmissores de temperatura estão disponíveis para qualquer aplicação concebível. Eles variam desde dispositivos baratos que proporcionam só um sinal analógico robusto até transmissores "inteligentes" que proporcionam alertas para condições anormais de operação. Os formatos físicos variam desde transmissores de fixação colocados diretamente na sonda de temperatura até transmissores montáveis em trilhos DIN para inclusão dentro de gabinetes de controle.

Transmissores como o TXDIN1600 podem ser montados em trilho DIN para fácil incorporação em gabinetes de controle. Se os controles precisarem ser acessíveis sem se abrir o gabinete, versões de transmissores de montagem de painel podem ser adquiridas.

Transmissores programáveis como o TXDIN1600 da OMEGA aceitam entrada universal Pt100, de termopar, de mV e de mA e proporcionam ao usuário um sinal de saída de dois fios padrão de 4 a 20 mA. A isolação entre sinal de entrada e sinal de saída é proporcionada e todos os intervalos de temperatura são lineares em relação à temperatura. Projetada para facilidade de uso, nossa última interface USB é adequada para rápida e fácil configuração.

Para ambientes em que for possível a existência de EMI e a integridade do sinal for de alta importância, um transmissor de alta isolação como a série TX1500 da OMEGA deve ser considerado. Alimentado diretamente através do cabeamento do sinal de 4 a 20 mA, tem proteção contra loops de terra e riscos elétricos. São adequados para problemas de geração de energia em que o cabeamento de transmissor montado em campo pode percorrer centenas de metros e ficar exposto a fortes campos de EMI. Quando precisar de alta isolação, procure produtos que atinjam o padrão IEC 61326 para compatibilidade EMC.

Estão disponíveis transmissores à prova de explosão e de intempérie. Procura qualificação NEMA quanto a resistência à entrada de água e aprovação FM para ambientes perigosos ou potencialmente explosivos.
Transmissor de Trilho DIN Universal
Transmissor de Trilho DIN Universal
Transmissores para Aplicações Exigentes
Transmissores para Aplicações Exigentes
Transmissor RTD Sem Fio
Transmissor RTD Sem Fio
 
Quando se selecionar um transmissor de temperatura, é importante considerar o seguinte:
  • Lugar de Montagem. Vai ser fixado? Será um lugar externo? Será um lugar perigoso?
  • Importância da integridade do sinal. Se um erro de medição pode ser custoso, procure um transmissor que proporcione alta isolação.
  • Necessidade de programabilidade. Se pontos de configuração e ajustes de escala forem fatores importantes, procure esse tipo de transmissor.
  • Necessidade de capacidades "inteligentes". Esses transmissores de temperatura podem mandar alertas no caso de condições anormais e proporcionam informação de diagnóstico que ajuda a agilizar a manutenção.

Conclusões

Transmissores de temperatura têm várias vantagens em relação a cabeamento direto de termopares e RTDs. Além de maior integridade do sinal (pela redução da suscetibilidade a EMI), eles têm menores custos de instalação e manutenção.

Transmissores são particularmente úteis em situações de montagem em campo onde longos trajetos de cabo são necessários, pois fios de par trançado economizam dinheiro e proporcionam altos níveis de proteção EMI.

Transmissores estão disponíveis em muitos diferentes formatos, para instalações variando desde os fixados até trilho DIN e de montagem de painel. Transmissores programáveis e "inteligentes" podem melhorar a exatidão e proporcionar informação de diagnóstico e alertas.

Em ambientes perigosos, procure transmissores com proteção apropriada, normalmente indicada por uma marca de "Aprovação FM".

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