Las señales de salida producidas por los sensores de medición de temperatura requieren acondicionamiento para convertirlas a un formato que pueda utilizarse para su posterior procesamiento. El acondicionamiento de señales consiste en:
- Amplificación
- Aislamiento de señales
- Compensación de errores
- Linealización
- Excitación
Si bien el acondicionamiento es esencial para la precisión de la medición, la exactitud también depende de factores como la construcción del sensor y la transmisión de la señal. Las impurezas en el metal de los dispositivos sensores pueden dar lugar a gradientes de temperatura que introducen errores, y la distancia de transmisión puede afectar a la calidad de la señal. Además, las características del sensor de medición, así como el método utilizado para la transmisión, pueden influir en las características de la señal.
No linealidad de los dispositivos sensores de temperatura
Detector de película delgada - Elemento RTD plano La mayoría de los dispositivos de detección de temperatura presentan un cierto grado de no linealidad. Cada uno tiene un modo de funcionamiento diferente y sus propios requisitos únicos de acondicionamiento de señales. Los termopares funcionan según el efecto Seebeck, que se produce cuando dos metales diferentes se unen en un extremo y permanecen abiertos en el otro, creando un voltaje en el circuito abierto. El voltaje es una función directa de la diferencia de temperatura entre la unión de los metales y el punto medido en los metales. El voltaje Seebeck depende de la composición del termopar. Las salidas son no lineales con respecto a las mediciones de temperatura, y cada tipo de termopar presenta su propia no linealidad distintiva. Además, las curvas de calibración indican que la no linealidad de los termopares da lugar a un mayor error en un rango de temperatura más amplio.
Un RTD está construido con un metal, como cobre o platino, cuya resistencia aumenta al aumentar la temperatura. Pueden ser de hilo bobinado o de película delgada. Los RTD bobinados consisten en un alambre enrollado alrededor de un aislante cilíndrico de cerámica o vidrio. Los sensores de película delgada tienen una película de material aplicada a un aislante cerámico que se recorta hasta que la resistencia alcanza el valor deseado. La curva de resistencia frente a temperatura de un RTD es no lineal. En los casos en que el rango de medición es estrecho, es posible que se pueda ignorar la no linealidad. En un rango de 0 a 1000 °C, los RTD tienen una precisión de ±0,5 a 1 °C.
Los termistores están fabricados con óxidos metálicos y pueden tener un coeficiente de temperatura negativo o positivo. Los termistores con coeficiente de temperatura negativo muestran una disminución no lineal de la resistencia al aumentar la temperatura, mientras que los termistores con coeficiente de temperatura positivo muestran un aumento lineal de la resistencia al aumentar la temperatura. Los termistores presentan una sensibilidad y una respuesta de señal mucho mayores a los cambios de temperatura que los termopares o los RTD y, por lo tanto, son capaces de alcanzar mayores precisiones. Sin embargo, el rango de temperatura de funcionamiento de los termistores es mucho más estrecho.
Los sensores de temperatura por infrarrojos miden la temperatura enfocando la cantidad de radiación infrarroja emitida por un objeto hacia los sensores, que la convierten en una señal eléctrica. La cantidad de energía infrarroja emitida por un objeto es directamente proporcional a su temperatura. Dado que el sensor no está en contacto con el proceso que se mide, los sensores infrarrojos son útiles para aplicaciones a temperaturas muy altas en las que otros tipos de sensores no pueden funcionar, o para procesos en movimiento, como la cocción de alimentos en una cinta transportadora.
Serie 44000 Sensor de temperatura por infrarrojos USB
Sensor de temperatura por infrarrojos USB La transmisión analógica utiliza una señal continua que varía con la amplitud para transmitir información. Se utiliza con mayor frecuencia con señales de proceso estándar, como de 4 a 20 mA, 0 a 10 V y 0 a 1 V. El rango de 4 a 20 mA es el más utilizado, ya que puede recorrer la mayor distancia sin degradación y es relativamente inmune a las señales de ruido externas. Se emplea con frecuencia como variable de proceso para la salida del sensor de temperatura. Una vez que el transmisor recibe la salida nativa del sensor, linealiza la señal basándose en la curva de calibración para el tipo específico de sensor. A continuación, convierte el voltaje linealizado en la señal de corriente de 4 a 20 mA. A continuación, la señal puede ser procesada por un dispositivo de registro o un controlador. Los termopares y los RTD producen señales de milivoltios bajos que son susceptibles de sufrir interferencias. La señal de 4 a 20 mA es mucho más robusta y capaz de transmitirse a larga distancia sin interferencias de ruido. Además, el uso de la variable de 4 mA para el valor más bajo facilita la distinción entre un fallo del transmisor y una señal legítima.
Ethernet es otra forma de transmisión serie diferencial de alta velocidad que admite transmisiones de hasta 1 GB/segundo. Por lo general, requiere un controlador dedicado y se utiliza ampliamente para aplicaciones industriales, comerciales y domésticas, y constituye la base de las comunicaciones por Internet actuales. Se utilizan diferentes esquemas de codificación para permitir que la información de medición real se transmita entre máquinas o, en algunos casos, a nivel mundial utilizando la infraestructura de Internet. TCP/IP es un protocolo muy utilizado en los sistemas Ethernet, que garantiza la transmisión de datos entre dos dispositivos, y las conexiones Ethernet son compatibles con un amplio número de mecanismos de cifrado para garantizar la seguridad de los datos.
Conclusión
Receptor inalámbrico de largo alcance Los dispositivos de detección de temperatura no lineales requieren que las señales se acondicionen para su linealidad y compensación de errores. Además, la baja salida en milivoltios de los termopares y los RTD debe compensarse mediante amplificación. La precisión de la señal también depende de la transmisión. La conversión de la salida del sensor a una salida de proceso de 4 a 20 mA proporciona una señal más robusta capaz de transmitirse a largas distancias con poca interferencia. La transmisión digital y Ethernet proporciona una transferencia de señal a mayores distancias y a tasas más altas.
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