Transmisores y convertidores de temperatura

Los termopares suelen generar señales muy pequeñas, que van desde alrededor de 10 a 80 microvoltios por °C, mientras que los RTD de 100 ohmios producen aproximadamente 0,5 milivoltios por °C con una corriente de excitación de 1 mA. Según el sensor y la temperatura, las tensiones de salida pueden ir desde unos pocos cientos de microvoltios hasta 75 milivoltios para los termopares, o 250 a 750 milivoltios para los RTD. Estas señales de bajo nivel son muy vulnerables a las interferencias eléctricas y a la degradación de la señal, especialmente cuando se transmiten a largas distancias utilizando cableado estándar.

Como se muestra en la Figura 7.1, la FEM de salida de los termopares aumenta con la temperatura, pero se mantiene en el rango de los milivoltios, lo que plantea desafíos para la medición remota:

Aquí es donde entran en juego los transmisores de temperatura de dos hilos. Su tarea principal es convertir y amplificar la señal de baja tensión del sensor en una señal de corriente estándar de 4–20 mA. Las señales de corriente son mucho más robustas que las señales de tensión en cuanto a inmunidad al ruido y transmisión a lo largo de tiradas largas de cable, especialmente en entornos industriales con mucho ruido eléctrico.

El formato de señal de 4–20 mA ofrece varias ventajas:

• Es en gran medida inmune al ruido eléctrico.
• No se ve afectado por la caída de tensión debida a la resistencia del cable.
• Permite el uso de cables de cobre de par trenzado estándar y económicos en lugar de cables especializados de compensación, extensión o apantallados.

En aplicaciones con termopares, la compensación de unión fría suele estar integrada en el transmisor, ya sea dentro del cabezal (para los montados en cabezal) o en el bastidor (para sistemas montados en bastidor). Mientras que los transmisores analógicos básicos pueden no proporcionar linealización de la señal, los transmisores digitales modernos a menudo sí lo hacen, mejorando la precisión de la medición en un rango más amplio.

Los transmisores funcionan tomando alimentación de una fuente de CC (normalmente 12–30 V) y utilizan la corriente consumida para representar la temperatura. En el extremo inferior de su rango calibrado, el transmisor consume 4 mA, aumentando linealmente hasta 20 mA en la parte superior del rango. La circuitería interna —ya sea ajustable, programable o fijada de fábrica— determina qué intervalo de temperatura representa la señal de 4–20 mA.

Como toman tanto la alimentación como la señal de los mismos dos hilos, estos transmisores eliminan la necesidad de fuentes de alimentación separadas en ubicaciones remotas, otra razón por la que los sistemas de 24 V CC son un pilar en la automatización industrial.

Resumen

Los transmisores convierten las señales de tensión de bajo nivel de termopares y RTD en señales de corriente estándar de 4–20 mA, lo que permite una medición de temperatura remota precisa y resistente a las interferencias. A menudo incluyen compensación de unión fría y, en los modelos digitales, linealización de la señal. Al alimentarse y enviar señales por solo dos hilos, simplifican la instalación y prosperan en entornos industriales.