Un segnale di temperatura difettoso o inaffidabile può avere conseguenze molto costose. Ritenendo che un forno sia troppo freddo, un operatore di processo potrebbe aumentare il calore, danneggiando il prodotto di alto valore al suo interno. In alternativa, un supervisore della sala di controllo potrebbe arrestare una linea di produzione per evitare un problema indicato che non è reale.
Problemi come questi sorgono quando il segnale di tensione debole proveniente da una termocoppia o da un RTD viene corrotto dal rumore elettrico. Una soluzione consiste nel posizionare un trasmettitore di temperatura vicino al punto di misurazione, in modo che invii un segnale più robusto. Questo white paper di OMEGA Engineering illustra i vantaggi dell'utilizzo dei trasmettitori di temperatura e le opzioni disponibili. Le singole sezioni trattano:
- Corruzione del segnale di temperatura
- Panoramica sui trasmettitori di temperatura
- Vantaggi dell'utilizzo dei trasmettitori di temperatura
- Tipi di trasmettitori e selezione
Corruzione del segnale di temperatura
L'effetto Seebeck descrive come fili dissimili uniti insieme producono una tensione quando le loro giunzioni sono a temperature diverse. Alla base di ogni termocoppia, questo segnale molto debole (in genere solo microvolt per grado) viene utilizzato per l’indicazione della temperatura. Allo stesso modo, anche gli RTD emettono segnali molto deboli. Queste piccole tensioni sono sensibili agli effetti delle interferenze elettromagnetiche (EMI) e delle interferenze radio (RFI).
Luoghi come impianti di trattamento chimico, fabbriche e centrali elettriche dispongono di numerose apparecchiature che emettono EMI/RFI. Grandi motori, azionamenti a frequenza variabile, trasformatori e, in particolare, dispositivi di commutazione come saldatori, relè e solenoidi, irradiano segnali elettrici nell'aria. I fili sottili utilizzati per la trasmissione dei segnali delle termocoppie e degli RTD agiscono come antenne, captando e trasmettendo queste radiazioni. Quando il segnale di temperatura viene inviato su lunghe distanze (come spesso accade negli impianti di processo su larga scala), aumenta il rischio di degrado del segnale.
Panoramica sul trasmettitore di temperatura
Un trasmettitore di temperatura è essenzialmente una forma di amplificatore che filtra, condiziona e potenzia il segnale per una migliore ricezione nel punto in cui viene letta la temperatura. I fili della termocoppia o dell'RTD sono collegati direttamente al trasmettitore che scala l'ingresso in un segnale di uscita da 4 a 20 mA, una tensione da 0 a 10 V cc o un'uscita digitale come RS232, RS485 e Modbus®. Questo segnale viene trasmesso tramite un cavo a doppino intrecciato ovunque sia necessario visualizzare o registrare la temperatura.
I trasmettitori di temperatura sono disponibili in molte forme e con vari gradi di sofisticazione, dalle unità compatte montabili su guida DIN ai dispositivi programmabili e "intelligenti" con capacità diagnostiche.
Vantaggi dell'utilizzo dei trasmettitori di temperatura
Storicamente, il cablaggio diretto dei sensori di temperatura alle apparecchiature di visualizzazione o di Registrazione dati era la norma. Tuttavia, sempre più spesso gli ingegneri riconoscono i vantaggi dell'utilizzo dei trasmettitori di temperatura. Questi includono:
- Migliore integrità del segnale, specialmente su lunghe distanze. L'uso di cavi schermati a doppino intrecciato offre una resistenza EMI ancora maggiore.
- Uscita standardizzata. A differenza dell'uscita dal cablaggio diretto, il segnale da 4 a 20 mA è compatibile con la maggior parte dei sistemi di acquisizione dei dati, registrazione e visualizzazione, consentendo la standardizzazione dell'hardware.
- Maggiore precisione. Il clipping dell'uscita in milliampere a una parte dell'intervallo del sensore può migliorare la risoluzione e garantire una maggiore accuratezza. Inoltre, alcuni trasmettitori sono in grado di rilevare la deriva della termocoppia e fornire un avviso prima che si verifichino problemi.
- Cablaggio meno costoso. I cavi di prolunga per termocoppie sono solitamente realizzati con lo stesso materiale del dispositivo stesso, quindi sono più costosi e più fragili rispetto al cablaggio a doppino intrecciato standard. Il doppino intrecciato è più facile da "tirare" e, poiché costa meno al metro, consente un notevole risparmio nel lungo periodo.
- Manutenzione semplificata. Il cablaggio a doppino intrecciato resiste meglio in ambienti ostili, quindi le rotture dei cavi e i cortocircuiti sono meno frequenti e, se si verificano, sono facilmente rilevabili. I trasmettitori "intelligenti" possono inviare informazioni diagnostiche, consentendo di comprendere i problemi prima che un tecnico inizi a tracciare il cablaggio e a cercare i guasti.
- Flessibilità di retrofit e aggiornamento. Una volta installati i trasmettitori di temperatura, se il processo cambia e occorre una termocoppia diversa, è necessario sostituire solo il sensore stesso. Al contrario, un trasmettitore può essere installato utilizzando i collegamenti diretti esistenti (anche se l'immunità EMI sarà inferiore).
Tipi di trasmettitori e selezione
I trasmettitori di temperatura sono disponibili per ogni applicazione immaginabile. Si va dai dispositivi economici che forniscono solo un segnale analogico robusto ai trasmettitori "intelligenti" che forniscono avvisi in caso di condizioni operative anomale. I formati fisici vanno dai trasmettitori con montaggio sulla testa che si fissano direttamente alla sonda di temperatura ai trasmettitori montabili su guida DIN da inserire all'interno degli armadi di controllo.
I trasmettitori come il TXDIN1600 possono essere montati su guida DIN per una facile integrazione nei quadri di controllo. Se è necessario accedere ai comandi senza aprire il quadro, è possibile acquistare versioni di trasmettitori con montaggio su pannello.
I trasmettitori programmabili come il TXDIN1600 di OMEGA accettano ingressi universali Pt100, termocoppia, mV, mA e forniscono all'utente un segnale di uscita standard a due fili da 4 a 20 mA. L'isolamento è garantito tra ingresso e uscita e tutti gli intervalli di temperatura sono lineari rispetto alla temperatura. Progettata per essere facile da usare, la nostra ultima interfaccia USB è adatta per una configurazione rapida e semplice.
Per gli ambienti dove è possibile la presenza di interferenze elettromagnetiche e l'integrità del segnale è di fondamentale importanza, è opportuno prendere in considerazione un trasmettitore ad alto isolamento come la serie TX1500 di OMEGA. Alimentato direttamente tramite il cablaggio del segnale da 4 a 20 mA, è protetto dai loop di terra e dai rischi elettrici. Questi trasmettitori sono adatti per situazioni di generazione di energia in cui il cablaggio dei trasmettitori montati sul campo potrebbe estendersi per centinaia di metri ed essere esposto a forti campi di interferenza elettromagnetica. Quando è necessario un elevato isolamento, cercare prodotti conformi alla norma IEC 61326 per la compatibilità EMC.
Sono disponibili trasmettitori antideflagranti e resistenti alle intemperie. Cercare le classificazioni NEMA che indicano la resistenza all'ingresso di acqua e l'approvazione FM per ambienti pericolosi o potenzialmente esplosivi.
Trasmettitore di segnale universale su guida DIN 
Trasmettitori per applicazioni esigenti 
Trasmettitore RTD wireless
Quando si seleziona un trasmettitore di temperatura è importante considerare quanto segue:
- Posizione di montaggio. Sarà montato su testa, all'aperto, in un luogo pericoloso?
- Importanza dell'integrità del segnale. Se un errore di misurazione potrebbe essere costoso, cercare un trasmettitore che fornisca un elevato isolamento.
- Necessità di programmabilità. Se i setpoint e la scala sono fattori da considerare, cercare questo tipo di trasmettitore.
- Necessità di funzionalità "intelligenti". Tali trasmettitori di temperatura possono inviare avvisi in caso di condizioni anomale e fornire informazioni diagnostiche che aiutano a velocizzare la manutenzione.
Conclusioni
I trasmettitori di temperatura presentano diversi vantaggi rispetto al cablaggio diretto di termocoppie e RTD. Oltre a una maggiore integrità del segnale (grazie alla ridotta suscettibilità alle interferenze elettromagnetiche), hanno costi di installazione e manutenzione inferiori.
I trasmettitori sono particolarmente utili in situazioni di montaggio sul campo in cui sono necessari cavi lunghi, poiché il cablaggio a doppino intrecciato consente di risparmiare denaro fornendo al contempo elevati livelli di protezione dalle interferenze elettromagnetiche.
I trasmettitori sono disponibili in molti formati diversi, per installazioni che vanno dal montaggio su testa al montaggio su guida DIN e su pannello. I trasmettitori programmabili e "intelligenti" possono migliorare la precisione delle misurazioni e fornire informazioni diagnostiche e avvisi.
In ambienti pericolosi, cercare trasmettitori con una protezione adeguata, solitamente indicata dal marchio "FM Approval".
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