Un signal de température défectueux ou peu fiable peut avoir des conséquences très coûteuses. Pensant qu'un four est trop froid, un opérateur de processus pourrait augmenter la chaleur, endommageant ainsi les produits de grande valeur qui s'y trouvent. À l'inverse, un superviseur de la salle de contrôle pourrait arrêter une chaîne de production pour éviter un problème indiqué qui n'est pas réel.
De tels problèmes surviennent lorsque le signal de tension faible provenant d'un thermocouple ou d'un RTD est corrompu par des interférences électriques. Une solution consiste à placer un transmetteur de température à proximité du point de mesure et à lui faire envoyer un signal plus robuste. Ce livre blanc d'OMEGA Engineering traite des avantages de l'utilisation de transmetteurs de température et des options disponibles. Les différentes sections abordent les thèmes suivants :
- Corruption du signal de température
- Présentation des transmetteurs de température
- Avantages de l'utilisation de transmetteurs de température
- Types de transmetteurs et sélection
Corruption du signal de température
L'effet Seebeck décrit comment des fils dissemblables reliés entre eux produisent une tension lorsque leurs jonctions sont à des températures différentes. À la base de tous les thermocouples, ce signal très faible (généralement quelques microvolts par degré) est utilisé pour indiquer la température. De même, les RTD émettent également des signaux très faibles. Ces petites tensions sont sensibles aux effets des interférences électromagnétiques (EMI) et des interférences radioélectriques (RFI). Les usines de traitement chimique, les usines et les centrales électriques, par exemple, comptent de nombreux équipements émettant des interférences électromagnétiques et radioélectriques. Les gros moteurs, les variateurs de fréquence, les transformateurs et surtout les dispositifs de commutation tels que les soudeuses, les relais et les solénoïdes émettent tous des signaux électriques dans l'air. Les fils fins utilisés pour transmettre les signaux des thermocouples et des RTD agissent comme des antennes, captant et transmettant ces rayonnements. Lorsque le signal de température est envoyé sur de longues distances (ce qui est souvent le cas dans les grandes usines de traitement), le risque de dégradation du signal augmente.
Places like chemical processing plants, factories, and power generation plants have many items of equipment emitting EMI/ RFI. Large motors, variable frequency drives, transformers, and especially switching devices like welders, relays and solenoids, all radiate electrical signals through the air. The thin wires used for transmitting thermocouple and RTD signals act like antennas, picking up and transmitting this radiation. When the temperature signal is sent over longer distances (often the case in large scale process plants) the potential for signal degradation increases.
Présentation du transmetteur de température
Un transmetteur de température est essentiellement une forme d'amplificateur qui filtre, conditionne et amplifie le signal pour une meilleure réception à l'endroit où la température est lue. Les fils du thermocouple ou du RTD sont connectés directement au transmetteur qui convertit l'entrée en un signal de sortie de 4 à 20 mA, une tension de 0 à 10 Vcc ou une sortie numérique telle que RS232, RS485 et Modbus®. Ce signal est transmis via un câblage à paires torsadées vers l'endroit où la température doit être affichée ou enregistrée.
Les transmetteurs de température sont disponibles sous de nombreuses formes et avec différents degrés de sophistication, des unités compactes montables sur rail DIN aux appareils programmables et « intelligents » dotés de capacités de diagnostic.
Avantages de l'utilisation de transmetteurs de température
Historiquement, le câblage direct des capteurs de température aux équipements d'affichage ou d'enregistrement des données était la norme. Cependant, les ingénieurs reconnaissent de plus en plus les avantages liés à l'utilisation de transmetteurs de température. Ceux-ci comprennent :
- Une meilleure intégrité du signal, en particulier sur de longues distances.
- Sortie normalisée. Contrairement à la sortie d'un câblage direct, le signal de 4 à 20 mA est compatible avec la plupart des systèmes d'acquisition de données, d'enregistrement et d'affichage, ce qui permet la normalisation du matériel.
- Précision améliorée. Le fait de limiter la sortie en milliampères à une partie de la plage du capteur peut améliorer la résolution et offrir une plus grande précision. De plus, certains transmetteurs peuvent détecter la dérive des thermocouples et émettre une alerte avant que des problèmes ne surviennent.
- Câblage moins coûteux. Les fils d'extension des thermocouples sont généralement fabriqués à partir du même matériau que l'appareil lui-même, ils sont donc plus coûteux et plus fragiles que le câblage à paires torsadées standard. Les câbles à paires torsadées sont plus faciles à « tirer » et, comme leur coût au mètre est moins élevé, ils permettent de réaliser des économies substantielles à long terme.
- Entretien simplifié. Le câblage à paires torsadées résiste mieux aux environnements hostiles, ce qui réduit la fréquence des ruptures de câbles et des courts-circuits et facilite leur détection lorsqu'ils se produisent. Les transmetteurs « intelligents » peuvent envoyer des informations de diagnostic, ce qui permet de comprendre les problèmes avant qu'un technicien ne commence à tracer le câblage et à rechercher les défauts.
- Flexibilité de modernisation et de mise à niveau. Une fois les transmetteurs de température installés, si le processus change et qu'un thermocouple différent est nécessaire, seul le capteur lui-même doit être changé. À l'inverse, un transmetteur peut être installé à l'aide des connexions directes existantes (bien que l'immunité aux interférences électromagnétiques soit moindre).
Types de transmetteurs et sélection
Il existe des transmetteurs de température pour toutes les applications imaginables. Ils vont des appareils peu coûteux fournissant uniquement un signal analogique robuste aux transmetteurs « intelligents » émettant des alertes en cas de conditions de fonctionnement anormales. Les formats physiques vont des transmetteurs à montage sur tête se fixant directement sur la sonde de température aux transmetteurs montables sur rails DIN destinés à être intégrés dans des armoires de commande.
Les transmetteurs tels que le TXDIN1600 peuvent être montés sur Rails DIN pour une intégration facile dans les armoires de commande. Si les commandes doivent être accessibles sans ouvrir l'armoire, il est possible d'acheter des versions de transmetteurs avec Montage sur panneau.
Les transmetteurs programmables tels que le TXDIN1600 d'OMEGA acceptent les entrées universelles Pt100, thermocouple, mV, mA et fournissent à l'utilisateur un signal de sortie standard à deux fils de 4 à 20 mA. L'isolation est assurée entre l'entrée et la sortie et toutes les plages de température sont linéaires par rapport à la température. Conçue pour être facile à utiliser, notre dernière interface USB permet une configuration rapide et simple.
Pour les environnements où des interférences électromagnétiques sont possibles et où l'intégrité du signal est très importante, il convient d'envisager un transmetteur à haute isolation comme la série TX1500 d'OMEGA. Alimenté directement par le câblage du signal 4 à 20 mA, il est protégé contre les boucles de masse et les risques électriques. Ces transmetteurs conviennent aux situations de production d'électricité où le câblage des transmetteurs montés sur le terrain peut s'étendre sur des centaines de mètres et être exposé à de forts champs électromagnétiques. Lorsqu'un haut niveau d'isolation est nécessaire, recherchez des produits conformes à la norme CEI 61326 en matière de compatibilité CEM.
Des transmetteurs antidéflagrants et résistants aux intempéries sont disponibles. Recherchez les indices NEMA indiquant la résistance à la pénétration d'eau et l'homologation FM pour les environnements dangereux ou potentiellement explosifs.
Transmetteur universel sur rail DIN 
Conditionneurs de signaux et transmetteurs de signaux pour applications exigeantes 
Transmetteur RTD sans fil
Lors du choix d'un transmetteur de température, il est important de tenir compte des éléments suivants :
- Emplacement de montage. Sera-t-il monté sur une tête, à l'extérieur, dans un endroit dangereux ?
- Importance de l'intégrité du signal. Si une erreur de mesure peut être coûteuse, recherchez un transmetteur offrant une isolation élevée.
- Besoin de programmabilité. Si les points de consigne et la mise à l'échelle sont des facteurs à prendre en compte, recherchez ce type de transmetteur.
- Besoin de capacités « intelligentes ». Ces transmetteurs de température peuvent envoyer des alertes en cas de conditions anormales et fournir des informations de diagnostic qui permettent d'accélérer l'entretien & service.
Points à retenir
Les transmetteurs de température présentent plusieurs avantages par rapport au câblage direct des thermocouples et des RTD. Outre une meilleure intégrité du signal (grâce à une sensibilité réduite aux interférences électromagnétiques), ils présentent des coûts d'installation et d'entretien & service moins élevés.
Les transmetteurs sont particulièrement utiles dans les situations de montage sur site où de longs câbles sont nécessaires, car le câblage à paires torsadées permet de réaliser des économies tout en offrant un niveau élevé de protection contre les interférences électromagnétiques.
Les transmetteurs sont disponibles dans de nombreux formats différents, pour des installations allant du montage sur tête au montage sur rail DIN et sur panneau. Les transmetteurs programmables et « intelligents » peuvent améliorer la précision des mesures et fournir des informations de diagnostic et des alertes.
Dans les environnements dangereux, recherchez des transmetteurs dotés d'une protection appropriée, généralement indiquée par la marque « FM Approval ».
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