O transmissor de temperatura é um instrumento eletrônico amplamente utilizado na área de controle de processos industriais. Sua função principal é converter os sinais fracos detectados por sensores de temperatura (como termopares, resistores térmicos RTDS ou termistores) em sinais de processo industrial padrão (sendo os mais comuns sinais de corrente CC de 4-20mA ou sinais digitais) e, em seguida, transmitir este sinal para exibir instrumentos, controladores, sistemas de aquisição de dados ou atuadores localizados na sala de controle ou à distância.
O princípio de funcionamento de um transmissor de temperatura pode ser resumido nas seguintes etapas principais:
Percepção de temperatura e geração de sinal bruto:
Um sensor de temperatura (geralmente um termopar ou resistor térmico como o Pt100) entra em contato direto com o meio que está sendo medido para detectar suas mudanças de temperatura.
Termopar (T/C): Com base no efeito Seebeck, quando há uma diferença de temperatura entre dois metais diferentes na extremidade de medição (extremidade quente) e na extremidade de referência (extremidade fria), um potencial termoelétrico (milivolt-sinal de tensão de nível, mV) proporcional à diferença de temperatura será gerado no circuito.
Resistência térmica (RTD): como Pt100, baseada na propriedade física de que o valor da resistência do condutor metálico aumenta com o aumento da temperatura (coeficiente de temperatura positivo). Mudanças de temperatura fazem com que seu valor de resistência mude (por exemplo, é 100Ω a 0 grau).
Termistores: Com base na característica de que o valor da resistência dos materiais semicondutores muda significativamente com a temperatura, eles são classificados em tipos de coeficiente de temperatura negativo (NTC) e coeficiente de temperatura positivo (PTC).
Condicionamento de sinal (etapa principal):
Amplificação: O sinal original gerado pelo sensor (tensão de nível -MV ou alterações de resistência) é extremamente fraco. O circuito eletrônico dentro do transmissor primeiro o amplifica linearmente até um nível padrão adequado para processamento subsequente.
Compensação da extremidade fria (para termopares): O potencial termoelétrico gerado por um termopar é função da diferença de temperatura entre a extremidade quente e a extremidade fria (extremidade de referência, geralmente localizada no terminal interno do transmissor). Para obter uma temperatura medida precisa (em relação a 0 grau), o transmissor precisa medir a temperatura real em seu terminal (temperatura final fria), calcular o potencial termoelétrico que precisa ser compensado com base nesta temperatura e sobrepô-lo (ou processo equivalente) ao sinal original, eliminando assim o erro causado pela mudança na temperatura final fria.
Linearização: a relação potencial termoelétrico/resistência-temperatura entre termopares e resistores térmicos não é uma linha reta perfeita, mas tem um certo grau de não linearidade. O transmissor geralmente armazena a curva de linearização correspondente ao tipo de sensor em seu interior (ou a calcula usando uma fórmula). O sinal amplificado/compensado é linearizado para representar direta e linearmente o valor da temperatura medida.
Filtragem-passa baixa: remove ruídos-de alta frequência que podem estar presentes no sinal (como interferência eletromagnética, interferência de vibração, etc.) para melhorar a estabilidade e a precisão do sinal.
Conversão de sinal
Converta o sinal analógico (tensão) que foi condicionado (amplificado, compensado, linearizado, filtrado) e representa com precisão a temperatura medida em um sinal de saída padrão industrial.
O sinal de saída mais comumente usado é o sinal de corrente de 4-20mA: o sinal de corrente convertido flui através do loop. A temperatura zero ou o limite inferior da faixa geralmente corresponde a 4mA, e a temperatura total corresponde a 20mA. Por que 4-20mA?
Deslocamento zero de 4mA: Ele pode distinguir convenientemente sinais baixos verdadeiramente eficazes (4mA) de falhas na linha de desconexão do sensor (0mA).
Anti-interferência forte: em comparação com sinais de tensão, os sinais de corrente não são sensíveis a alterações na resistência do fio e quedas de tensão durante transmissões de longa-distância e têm menos probabilidade de sofrer interferência de ruído eletromagnético.
Fonte de alimentação de dois-fios: muitos transmissores adotam um design de dois-fios, ou seja, eles fornecem energia e transmitem sinais de corrente simultaneamente por meio de dois fios. O valor mínimo de 4mA garante o requisito mínimo de corrente operacional do próprio transmissor (comumente referido como "ponto zero ativo").
Transmissão de sinal
O sinal padrão convertido (como 4-20mA) é transmitido para a extremidade remota através de fios. Devido às suas características padronizadas, salas de controle ou PLCS e outros equipamentos podem receber e processar diretamente este sinal para:
Exibe o valor da temperatura (na mesa do painel, estação do operador DCS/SCADA).
Entrada para o controlador (como um controlador PID) para operações lógicas e regulação.
Armazenado no banco de dados histórico ou usado para avaliação de alarmes.
Acione o atuador (se o controle-com base na temperatura for necessário).
