I segnali di uscita prodotti dai sensori di misurazione della temperatura richiedono un condizionamento per convertirli in una forma utilizzabile per ulteriori elaborazioni. Il condizionamento del segnale consiste in:
- Amplificazione
- Isolamento del segnale
- Compensazione dell'errore
- Linearizzazione
- Eccitazione
Sebbene il condizionamento sia essenziale per la precisione della misurazione, l'accuratezza dipende anche da fattori quali la struttura del sensore e la trasmissione del segnale. Le impurità presenti nel metallo dei dispositivi di rilevamento possono causare gradienti di temperatura che introducono errori, mentre la distanza di trasmissione può influire sulla qualità del segnale. Inoltre, le caratteristiche del sensore di misurazione e il metodo utilizzato per la trasmissione possono influire sulle caratteristiche del segnale.
Non linearità dei dispositivi sensori di temperatura
Rivelatore a film sottile - Elemento RTD piatto La maggior parte dei dispositivi di rilevamento della temperatura presenta un certo grado di non linearità. Ciascuno ha una modalità di funzionamento diversa e requisiti di condizionamento del segnale unici. Le termocoppie funzionano in base all'effetto Seebeck, che si verifica quando due metalli dissimili sono uniti a un'estremità e rimangono aperti all'altra, creando una tensione nel circuito aperto. La tensione è una funzione diretta della differenza di temperatura tra la giunzione dei metalli e il punto misurato sui metalli. La tensione Seebeck dipende dalla composizione della termocoppia. Le uscite sono non lineari rispetto alle misurazioni della temperatura e ogni tipo di termocoppia presenta una propria non linearità distintiva. Inoltre, le curve di calibrazione indicano che la non linearità delle termocoppie comporta un aumento dell'errore su un intervallo di temperatura più ampio.
Un RTD è costituito da un metallo, come rame o platino, la cui resistenza aumenta all'aumentare della temperatura. Possono essere a filo avvolto o a film sottile. Gli RTD a filo avvolto sono costituiti da un filo avvolto attorno a un isolante cilindrico in ceramica o vetro. I sensori a film sottile hanno un film di materiale applicato a un isolante ceramico che viene rifilato fino a ottenere il valore di resistenza desiderato. La curva di resistenza in funzione della temperatura di un RTD è non lineare. Nei casi in cui il campo di misura è ristretto, la non linearità può essere ignorata. In un intervallo compreso tra 0 e 1000 °C, gli RTD hanno una precisione compresa tra ±0,5 e 1 °C.
I termistori sono realizzati in ossidi metallici e possono avere un coefficiente di temperatura negativo o positivo. I termistori con coefficiente di temperatura negativo mostrano una diminuzione non lineare della resistenza all'aumentare della temperatura, mentre quelli con coefficiente di temperatura positivo mostrano un aumento lineare della resistenza all'aumentare della temperatura. I termistori presentano una sensibilità e una risposta del segnale alle variazioni di temperatura molto maggiori rispetto alle termocoppie o agli RTD e sono quindi in grado di raggiungere precisoni più elevate. Tuttavia, l'intervallo di temperatura di funzionamento dei termistori è molto più ristretto.
I sensori di temperatura a infrarossi misurano la temperatura concentrando la quantità di radiazione infrarossa emessa da un oggetto sui sensori, che la convertono in un segnale elettrico. La quantità di energia infrarossa emessa da un oggetto è direttamente proporzionale alla sua temperatura. Poiché il sensore non è a contatto con il processo da misurare, i sensori a infrarossi sono utili per applicazioni ad altissime temperature dove altri tipi di sensori non possono funzionare, o per processi in movimento come la cottura di alimenti su un nastro trasportatore.
Serie 44000 Sensore di temperatura a infrarossi USB
Sensore di temperatura a infrarossi USB La trasmissione analogica utilizza un segnale continuo che varia in ampiezza per trasmettere le informazioni. È utilizzata più spesso con segnali di processo standard come 4-20 mA, 0-10 V e 0-1 V. L'intervallo da 4 a 20 mA è quello più comunemente utilizzato in quanto è possibile percorrere la distanza maggiore senza degrado ed è relativamente immune ai segnali di rumore esterni. Viene spesso impiegato come variabile di processo per l'uscita del sensore di temperatura. Una volta che il trasmettitore riceve l'uscita nativa dal sensore, linearizza il segnale in base alla curva di calibrazione per il tipo specifico di sensore. Quindi converte la tensione linearizzata nel segnale di corrente da 4 a 20 mA. Il segnale può quindi essere ulteriormente elaborato da un dispositivo di registrazione o da un controller. Le termocoppie e gli RTD producono segnali a basso millivolt che sono suscettibili alle interferenze. Il segnale da 4 a 20 mA è molto più robusto e in grado di essere trasmesso su lunghe distanze senza interferenze da rumori. Inoltre, l'uso della variabile 4 mA per il valore più basso rende facile distinguere un guasto del trasmettitore da un segnale legittimo.
Ethernet è un'altra forma di trasmissione seriale differenziale ad alta velocità che supporta una trasmissione fino a 1 GB/secondo. Di solito richiede un controller dedicato ed è ampiamente utilizzato per applicazioni industriali, commerciali e domestiche e costituisce la base delle comunicazioni Internet odierne. Vengono utilizzati diversi schemi di codifica per consentire la trasmissione delle informazioni di misurazione effettive tra macchine o, in alcuni casi, a livello globale utilizzando l'infrastruttura Internet. TCP/IP è un protocollo ampiamente utilizzato nei sistemi Ethernet, che garantisce la trasmissione sicura dei dati tra due dispositivi. Le connessioni Ethernet sono supportate da un ampio numero di meccanismi di crittografia per garantire la sicurezza dei dati.
Conclusione
Ricevitore wireless a lungo raggio I dispositivi di rilevamento della temperatura non lineari richiedono che i segnali siano condizionati per la linearizzazione e la compensazione degli errori. Inoltre, la bassa uscita in millivolt delle termocoppie e degli RTD deve essere compensata dall'amplificazione. L'accuratezza del segnale dipende anche dalla trasmissione. La conversione dell'uscita del sensore in un'uscita di processo da 4 a 20 mA fornisce un segnale più robusto in grado di essere trasmesso su lunghe distanze con poche interferenze. La trasmissione digitale ed Ethernet fornisce il trasferimento del segnale su distanze maggiori e a frequenze più elevate.
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