Transmissor de temperatura: como funciona, precisão e seleção

O que é um transmissor de temperatura e como funciona?

A transmissor de temperatura funciona recebendo a saída elétrica de um elemento sensor de temperatura, processando-a através de circuitos internos de condicionamento de sinal e linearização e gerando uma saída padronizada proporcional à temperatura medida. A arquitetura interna de um transmissor de temperatura digital moderno consiste em quatro estágios funcionais que juntos transformam um sinal bruto e não linear do sensor em uma saída precisa e resistente a ruído, adequada para transmissão de longa distância e processamento direto por um sistema de controle distribuído ou controlador lógico programável.

Os quatro estágios internos de um transmissor de temperatura

A cadeia de processamento de sinal dentro de um transmissor de temperatura industrial moderno segue uma arquitetura consistente, independentemente de a entrada ser de um termopar, RTD ou outro tipo de sensor:

• Aquisição de sinal de entrada: O circuito de entrada do transmissor recebe o sinal do sensor, que pode ser um EMF de nível de milivolts de um termopar (normalmente 0 a 60 mV dependendo do tipo e faixa de temperatura) ou um valor de resistência de um RTD (normalmente 100 a 400 ohms para um sensor Pt100 em toda sua faixa de medição). O circuito de entrada fornece a corrente de excitação para sensores RTD (normalmente 0,2 a 1,0 mA para minimizar o erro de autoaquecimento) e aplica amplificação de alta impedância de entrada aos sinais de milivolts do termopar para evitar carregar a saída do sensor.
• Conversão analógico para digital: O sinal de entrada amplificado é convertido para uma representação digital por um conversor analógico para digital de alta resolução, normalmente com resolução de 16 a 24 bits. Esta alta resolução garante que o transmissor possa resolver mudanças de temperatura muito pequenas dentro do intervalo de medição configurado. Um conversor de 16 bits em uma faixa de 100 graus Celsius resolve mudanças individuais de temperatura de aproximadamente 0,0015 graus Celsius, o que é muito mais preciso do que a incerteza de medição final do sistema, mas fornece a precisão interna necessária para manter a precisão após a linearização e o cálculo de saída.
• Linearização e compensação: O processador digital aplica o polinômio de caracterização específico do sensor armazenado na memória do transmissor para converter o valor digital bruto em um valor de temperatura. Esta etapa de linearização é essencial porque nem as relações EMF do termopar versus temperatura nem a resistência RTD versus temperatura são lineares; os polinômios de caracterização definidos na norma IEC 60584 para termopares e na norma IEC 60751 para RTDs Pt compensam essas não linearidades. Para transmissores de termopar, este estágio também aplica a compensação de junta fria que leva em conta a temperatura de referência da junção nos terminais do transmissor, que deve ser medida e subtraída da saída do termopar para produzir uma leitura precisa da temperatura do processo.
• Geração de saída: O valor de temperatura linearizado é usado para calcular a corrente de saída mapeando a temperatura medida linearmente na faixa de corrente de 4 a 20 mA. O transmissor aciona uma fonte de corrente de precisão que mantém a saída de corrente calculada independentemente da tensão de alimentação do circuito e da resistência do cabo, fornecendo o sinal do circuito de corrente independente da tensão que o instrumento receptor vê como a variável do processo.

Como funciona um transmissor de temperatura com termopares?

Um termopar é uma junção de dois fios metálicos diferentes que gera uma pequena força eletromotriz (EMF) proporcional à diferença de temperatura entre a junção de medição (a junção quente, colocada no ponto de medição do processo) e a junção de referência (a junção fria, localizada no ponto onde o fio do termopar faz a transição para os condutores de cobre, normalmente nos terminais de entrada do transmissor). O termopar não mede a temperatura absoluta; ele mede uma diferença de temperatura e o transmissor de temperatura deve adicionar a temperatura de referência da junção para converter essa diferença em uma temperatura absoluta do processo.

Os transmissores de temperatura modernos incluem um sensor interno de compensação de junção fria, normalmente um termistor de precisão ou sensor de banda proibida de silício, montado nos terminais de entrada do termopar. Este sensor mede a temperatura real dos terminais de entrada do transmissor e adiciona esta temperatura de junção de referência ao EMF medido do termopar durante o cálculo de linearização. A precisão da compensação de junta fria contribui significativamente para a incerteza geral de medição dos sistemas transmissores de termopares, e os transmissores de alta qualidade especificam sua precisão de compensação de junta fria separadamente da precisão de condicionamento de sinal do transmissor. Um erro de compensação de junta fria de 0,5 graus Celsius aumenta diretamente o erro geral de medição, independentemente da qualidade de todos os outros componentes do sistema.

A escolha do tipo de termopar determina a faixa de medição, a sensibilidade e as características de compatibilidade química da combinação de sensor-transmissor. Os tipos mais comuns usados com transmissores de temperatura industriais são:

• Tipo K (Cromel/Alumel): O termopar industrial mais utilizado, cobrindo uma faixa de aproximadamente 200 a 1.260 graus Celsius com um coeficiente Seebeck de aproximadamente 41 microvolts por grau Celsius. O Tipo K é adequado para atmosferas oxidantes e inertes e fornece precisão adequada para a maioria das aplicações de monitoramento de temperatura industrial.
• Tipo J (Ferro/Constantan): Adequado para atmosferas redutoras ou de vácuo, com faixa de 40 a 750 graus Celsius e coeficiente Seebeck de aproximadamente 51 microvolts por grau Celsius. A saída mais alta por grau em comparação com o Tipo K significa sinais de entrada do transmissor menores para processar, mas o condutor de ferro limita a temperatura máxima e a atmosfera permitida.
• Tipo T (Cobre/Constantan): Usado para medições criogênicas e de baixa temperatura de 200 a 350 graus Celsius, com excelente repetibilidade em temperaturas abaixo de 0 graus Celsius, tornando-o a escolha preferida para aplicações de monitoramento de câmaras frigoríficas e armazenamento criogênico.
• Tipo R e Tipo S (ligas de platina/ródio): Termopares de metais nobres usados em altas temperaturas de 0 a 1.600 graus Celsius em aplicações como produção de vidro, cerâmica e aço, onde os termopares de metais básicos não sobreviveriam. Seus coeficientes Seebeck mais baixos (aproximadamente 10 microvolts por grau Celsius) requerem amplificação de entrada do transmissor de alta resolução para atingir a precisão adequada.

Processamento de entrada RTD em transmissores de temperatura

Os detectores de temperatura de resistência (RTDs) operam com um princípio físico fundamentalmente diferente dos termopares, medindo o aumento na resistência elétrica de um elemento de metal puro (platina nos tipos Pt100 e Pt1000) à medida que a temperatura aumenta. O transmissor fornece uma pequena corrente conhecida através do elemento RTD e mede a tensão resultante para calcular a resistência, depois aplica a equação de Callendar Van Dusen ou o polinômio de caracterização IEC 60751 para converter esta resistência em temperatura.

Configurações de conexão RTD de três e quatro fios são usadas para eliminar o efeito da resistência do fio condutor na precisão da medição. Em uma configuração de dois fios, a resistência do fio condutor (que varia com a temperatura ambiente e o comprimento do fio) é adicionada diretamente à resistência medida do RTD e introduz um erro que não pode ser corrigido. Em uma configuração de três fios, o transmissor usa uma ponte de Wheatstone ou circuito equivalente que cancela a resistência do fio de retorno comum, reduzindo o erro à diferença de resistência entre os dois fios condutores separados. Em uma configuração de quatro fios, pares separados de fios condutores de corrente e sensores de tensão eliminam completamente o efeito da resistência do fio condutor na medição, alcançando a precisão intrínseca total do sensor RTD. Conexões de quatro fios são padrão para aplicações de laboratório e processos de alta precisão; conexões de três fios são comuns em instalações industriais onde algum erro de resistência residual do condutor é aceitável.

Quão precisos são os transmissores de temperatura?

A precisão de um sistema transmissor de temperatura é uma combinação de múltiplas fontes de erro individuais, cada uma contribuindo para a incerteza total da medição. Compreender essas fontes de erro e como elas se combinam é essencial para selecionar um transmissor com precisão adequada para uma aplicação específica e para interpretar as especificações de precisão indicadas nas planilhas de dados do transmissor.

Componentes de precisão do transmissor

Um orçamento completo de precisão do sistema transmissor de temperatura inclui contribuições das seguintes fontes:

• Precisão do sensor: A norma IEC 60751 define duas classes de precisão do RTD Pt100. Os sensores Classe A têm precisão de mais ou menos (0,15 0,002 vezes o valor absoluto de T) graus Celsius, onde T é a temperatura em graus Celsius, o que produz aproximadamente mais ou menos 0,25 graus Celsius a 50 graus Celsius e mais ou menos 0,55 graus Celsius a 200 graus Celsius. Os sensores Classe B têm o dobro da tolerância da Classe A. A precisão do termopar sob IEC 60584 é expressa como uma porcentagem de leitura ou um valor fixo em graus Celsius, o que for maior: um termopar padrão Classe 1 Tipo K tem precisão de mais ou menos 1,5 graus Celsius ou mais ou menos 0,4 por cento da leitura, o que for maior.
• Precisão de referência do transmissor: A precisão do condicionamento de sinal do próprio transmissor, especificada em uma temperatura ambiente de referência (normalmente de 20 a 25 graus Celsius) sob condições estáveis. Transmissores de temperatura industriais de alta qualidade de fabricantes como Emerson Rosemount, ABB, Endress Hauser e Yokogawa alcançam especificações de precisão de referência de mais ou menos 0,05 a 0,1 graus Celsius para entradas de RTD e mais ou menos 0,1 a 0,5 graus Celsius para entradas de termopares, tornando o transmissor um contribuinte relativamente pequeno para a incerteza total do sistema quando sensores de alta precisão são usados.
• Efeito da temperatura ambiente: A precisão do transmissor diminui à medida que sua temperatura operacional se afasta da temperatura de referência. Os efeitos típicos da temperatura ambiente do transmissor são especificados como uma mudança na saída por grau Celsius de mudança na temperatura ambiente, geralmente na faixa de 0,005 a 0,02 graus Celsius por grau Celsius de mudança ambiente. Em um transmissor alojado em um invólucro de campo que pode experimentar temperaturas ambientes de menos 20 a mais 60 graus Celsius, o efeito da temperatura ambiente pode adicionar 0,4 a 1,6 graus Celsius de incerteza adicional ao erro total de medição.
• Deriva de longo prazo: A precisão do transmissor de temperatura varia gradualmente ao longo do tempo devido ao envelhecimento dos componentes eletrônicos e ao estresse mecânico causado pelos ciclos térmicos. Transmissores industriais bem projetados especificam estabilidade de longo prazo de mais ou menos 0,1 a 0,25 por cento do intervalo durante um período de serviço de 10 anos, o que se traduz em menos de 0,1 graus Celsius de desvio por ano para um intervalo de medição típico de 100 graus Celsius. A verificação do desvio através da verificação periódica da calibração é a prática padrão para manter a integridade da medição durante a vida útil do transmissor.

Precisão Prática em Aplicações de Processo

A precisão combinada de um sistema de sensor e transmissor bem combinado em uma instalação de processo industrial típica, considerando todas as fontes de erro, normalmente cai na faixa de mais ou menos 0,5 a 2 graus Celsius para sistemas baseados em RTD e mais ou menos 1,5 a 5 graus Celsius para sistemas baseados em termopares. A maior faixa de incerteza para sistemas de termopar reflete a combinação da menor precisão inerente do próprio sensor, o erro de compensação da junção fria no transmissor e a maior suscetibilidade das medições EMF do termopar à interferência elétrica.

Para aplicações que exigem incerteza de medição abaixo de mais ou menos 0,5 graus Celsius, selecione um RTD Pt100 com tolerância Classe A ou 1/3 DIN, conecte-o em uma configuração de quatro fios, use um transmissor de alta precisão especificado para entrada de RTD e instale o transmissor em um local com temperatura ambiente estável e moderada. Os sistemas Pt100 de quatro fios dos principais fabricantes podem atingir uma incerteza de medição combinada de mais ou menos 0,2 a 0,3 graus Celsius em instalações bem controladas, adequadas para aplicações farmacêuticas, alimentícias e de processos de precisão onde é necessário um controle de temperatura mais rígido.

Comparação de precisão: sistemas de transmissor termopar vs RTD

Transmissores de Temperatura Integrados: Design e Vantagens

Um transmissor de temperatura integrado combina o elemento sensor e a eletrônica do transmissor em um único conjunto físico, normalmente montado diretamente no poço termométrico ou na cabeça do conjunto do sensor de temperatura. Essa abordagem integrada contrasta com a arquitetura dividida tradicional, onde um sensor remoto separado se conecta a um transmissor montado separadamente por meio de um cabo de extensão, e oferece diversas vantagens práticas e de desempenho que tornaram os transmissores integrados a configuração preferida para a maioria das novas instalações de temperatura de processos industriais.

Configurações físicas de transmissores de temperatura integrados

Os transmissores de temperatura integrados estão disponíveis em duas configurações físicas principais:

• Transmissores montados na cabeça: Um módulo transmissor compacto montado dentro do cabeçote de conexão de um conjunto de sensor de temperatura montado em poço termométrico. O módulo transmissor normalmente ocupa um invólucro de formato DIN B ou DIN A que cabe dentro do cabeçote de conexão padrão, e os cabos do sensor se conectam diretamente aos terminais do transmissor dentro do invólucro do cabeçote selado. Os transmissores montados no cabeçote eliminam o fio de extensão entre o sensor e o transmissor, removendo as fontes de captação EMF, erro de resistência do condutor e degradação de medição induzida pelo conector que afetam os sistemas de fio estendido. Eles emitem o sinal de loop de corrente padrão de 4 a 20 mA em dois fios que saem do cabeçote de conexão para o sistema de controle, exigindo apenas um cabo de controle padrão em vez do fio de extensão especializado ou fio de extensão de termopar exigido em sistemas de arquitetura dividida.
• Transmissores montados em trilho ou trilho DIN: Módulos transmissores compactos projetados para montagem em trilho DIN 35 padrão dentro de gabinetes de instrumentos ou painéis de triagem, normalmente recebendo entradas de sensores de campo remotos em cabos curtos a moderados. Esses transmissores aceitam a mesma faixa de entradas de sensores que os tipos montados em cabeçote, mas estão localizados no ambiente controlado de um gabinete de instrumentos, reduzindo a variação de temperatura ambiente que eles experimentam e simplificando o acesso para configuração e substituição. Os transmissores montados em trilhos são comumente usados ​​em aplicações agrupadas onde vários sensores alimentam um único gabinete e em instalações onde o local de conexão do processo não permite a montagem de um transmissor montado no cabeçote devido a temperatura, vibração ou restrições de acesso.

Vantagens de desempenho de transmissores integrados

A arquitetura integrada oferece melhorias mensuráveis de desempenho em relação aos sistemas transmissores de sensores divididos em diversas áreas que afetam diretamente a qualidade da medição e a confiabilidade do sistema:

• Eliminação de erros no fio de extensão do termopar: O fio de extensão do termopar transporta o sinal em milivolts do termopar da cabeça do sensor para o transmissor remoto ou sistema de controle. Qualquer ruptura, conector ou loop de aterramento neste fio de extensão introduz erros que são indistinguíveis dos sinais legítimos de temperatura no instrumento receptor. Os transmissores montados na cabeça eliminam totalmente o fio de extensão convertendo o sinal de milivolts em um sinal de loop de corrente de 4 a 20 mA na cabeça do sensor, e o sinal de loop de corrente é completamente imune ao ruído e erros de vazamento que corrompem os sinais de milivolts em longos períodos.
• Melhor imunidade ao ruído: A saída de loop de corrente de 4 a 20 mA do transmissor integrado é muito mais resistente à interferência eletromagnética (EMI) de motores próximos, inversores de frequência variável e cabos de alimentação do que os sinais do sensor de milivolts transportados por longos fios de extensão. Em ambientes industriais com ruído elétrico significativo, essa melhoria na imunidade ao ruído geralmente produz uma redução mensurável na variabilidade de medição, traduzindo-se diretamente em um controle de processo mais estável.
• Custos de fiação reduzidos: O cabo de par trançado blindado padrão usado para conexões de loop de corrente de 4 a 20 mA custa de 40 a 60 por cento menos por metro do que o fio de extensão de termopar especializado necessário para longos percursos de termopar não compensado. Para grandes instalações com centenas de pontos de medição de temperatura a distâncias de 50 metros ou mais da sala de controle, essa diferença de custo de cabeamento representa uma economia significativa de custos de capital que compensa parcial ou totalmente o custo unitário mais alto dos transmissores montados em cabeçotes em comparação com cabeçotes terminais simples.

Escolhendo o Transmissor de Temperatura Certo para Controle de Processo

A seleção do transmissor de temperatura correto para uma aplicação de controle de processo requer a correspondência das especificações do transmissor com os requisitos de medição da aplicação em múltiplas dimensões simultaneamente. A estrutura a seguir aborda os principais critérios de seleção em uma sequência prática de decisão.

Tipo de sensor e faixa de medição

A primeira decisão de seleção é o tipo de sensor, que determina o potencial de precisão fundamental, a faixa de medição e a compatibilidade ambiental do sistema. Use sensores RTD (Pt100 ou Pt1000) e transmissores compatíveis para aplicações que exigem precisão de medição melhor que mais ou menos 1 grau Celsius, para temperaturas abaixo de 600 graus Celsius e onde é necessária estabilidade de longo prazo ao longo de anos de serviço contínuo. Use sensores termopares e transmissores compatíveis para temperaturas acima de 600 graus Celsius, para aplicações onde é necessária uma resposta rápida a mudanças rápidas de temperatura ou onde o custo dos sensores RTD é proibitivo para um grande número de pontos de medição.

Transmissores de entrada universais que aceitam entradas de termopar e RTD estão disponíveis na maioria dos principais fabricantes e são particularmente valiosos em instalações com diversos estoques de sensores ou em aplicações de modernização onde o tipo de sensor existente pode não ser conhecido no momento da aquisição do transmissor. Os transmissores de entrada universais normalmente sacrificam um pequeno incremento de precisão em comparação com transmissores específicos de sensores devido aos compromissos envolvidos no projeto de circuitos de entrada para lidar com o sinal do termopar de nível milivolt e a medição de resistência necessária para entradas de RTD, mas os projetos modernos reduziram essa penalidade de precisão para menos de 0,05 graus Celsius na maioria dos casos.

Protocolo de saída e requisitos de comunicação

O protocolo de saída do transmissor deve ser compatível com a infraestrutura do sistema de controle receptor:

• Somente analógico de 4 a 20 mA: Apropriado para sistemas DCS e PLC mais antigos sem capacidade de comunicação de campo digital ou para aplicações simples onde apenas o valor atual da temperatura do processo é necessário no sistema de controle e nenhum dado de diagnóstico precisa ser transmitido. O transmissor somente analógico é a opção mais simples e de menor custo, exigindo apenas uma placa de entrada analógica padrão no sistema de controle de recepção.
• 4 a 20 mA com HART: O protocolo HART (Highway Addressable Remote Transducer) sobrepõe um sinal digital no loop de corrente de 4 a 20 mA, permitindo que configuração, diagnóstico e dados variáveis de processo secundários sejam comunicados a um sistema de gerenciamento de ativos compatível com HART enquanto o sinal primário de 4 a 20 mA continua a operar com a infraestrutura de entrada analógica existente. Os transmissores compatíveis com HART são a escolha dominante para novas instalações de transmissores de temperatura industriais em todo o mundo porque fornecem capacidade de diagnóstico digital sem exigir a substituição da infraestrutura de fiação analógica existente.
• Foundation Fieldbus ou PROFIBUS PA: Barramentos de campo puramente digitais que substituem o loop de corrente de 4 a 20 mA por um protocolo de comunicação totalmente digital que transporta diversas variáveis de processo, diagnósticos e parâmetros de configuração em um único par de fios que pode conectar vários dispositivos em uma topologia de barramento. Apropriado para novas instalações onde o sistema de controle suporta esses protocolos e os benefícios da medição multivariável e diagnóstico abrangente de um único par de fios justificam o maior custo de engenharia de instalação em comparação com sistemas analógicos ou HART.
• Sem fio (WirelessHART ou ISA100): Transmissores de temperatura sem fio que comunicam medições a um gateway sem fio sem qualquer cabo de sinal, alimentados por baterias ou coleta de energia do ambiente do processo. Os transmissores sem fio são particularmente valiosos em aplicações de modernização, onde a instalação de novos cabos de sinal em locais inacessíveis ou perigosos seria proibitivamente cara, e em aplicações de monitoramento de ativos que se movem ou giram, onde as conexões com fio são impraticáveis.

Condições Ambientais e de Processo

O ambiente físico no qual o transmissor será instalado impõe requisitos ao invólucro do transmissor, classificação de proteção contra entrada e certificação de área perigosa:

• Proteção de entrada: A caixa do transmissor deve ter uma classificação mínima IP65 (à prova de poeira e protegida contra jatos de água) para instalações externas e ambientes lavados; IP67 (submersão até 1 metro) para aplicações com risco de alagamento; e IP68 (submersão contínua) para transmissores instalados em locais submersos. A classificação IP do cabeçote de conexão e quaisquer entradas de cabo devem ser verificadas, pois os componentes eletrônicos do transmissor podem ter uma classificação IP mais alta do que os acessórios de entrada realmente usados ​​na instalação.
• Certificação de área perigosa: Os transmissores instalados em áreas classificadas como potencialmente explosivas de acordo com os padrões nacionais ou internacionais de classificação de áreas perigosas devem possuir a certificação apropriada para a classificação de área específica. Os métodos mais comuns de proteção de áreas perigosas para transmissores de temperatura são segurança intrínseca (Ex ia ou Ex ib) para uso em Zonas 0, 1 e 2 (perigo de gás) e invólucros à prova de chamas e explosão (Ex d) para aplicações onde transmissores de maior potência são necessários. Verifique se a aprovação específica do transmissor abrange o grupo de gás e a classe de temperatura aplicáveis ​​ao local de instalação.
• Resistência à vibração e ao choque: Em instalações sujeitas a vibração de máquinas de processo, selecione transmissores testados e classificados para a frequência e amplitude de vibração esperadas. Os transmissores para aplicações de monitoramento de compressores, bombas e turbinas devem ser classificados de acordo com os padrões de teste de vibração IEC 60068 2 6 com níveis de vibração de pelo menos 2g na faixa de frequência de 10 a 2.000 Hz para evitar falhas prematuras devido à fadiga dos componentes induzida por vibração.

Resumo dos principais parâmetros de seleção

Como solucionar problemas de um transmissor de temperatura?

Transmissor de temperatura a solução de problemas segue uma sequência lógica de diagnóstico que isola sistematicamente a falha no sensor, na fiação ou nos componentes eletrônicos do transmissor antes de chegar a conclusões sobre qual componente requer atenção. Abordar os problemas do transmissor sem esta estrutura sistemática leva a substituições desnecessárias de componentes e a um tempo de inatividade prolongado do processo. A sequência a seguir cobre as categorias de falhas mais comuns em instalações de transmissores de temperatura industriais.

Saída Máxima ou Mínima Constante (Sinal Saturado)

Uma saída do transmissor bloqueada em 20,5 mA (ou na corrente de falha ascendente do transmissor) ou em 3,6 mA (corrente de falha descendente) indica que o transmissor detectou uma condição fora da faixa ou uma falha do sensor e conduziu sua saída para um valor predefinido à prova de falhas. Diagnosticar da seguinte forma:

1. Verifique se há códigos de falha ativos: Conecte um comunicador HART ou o software de configuração do fabricante ao transmissor e leia qualquer diagnóstico de falha ativo. O sistema de autodiagnóstico do transmissor normalmente identificará se a falha é uma entrada de sensor aberta, um curto-circuito na entrada do sensor, uma entrada de sensor fora da faixa ou uma falha interna de hardware do transmissor. Essas informações de diagnóstico direcionam imediatamente a investigação para o componente correto, sem exigir inspeção física de cada elemento no circuito de medição.
2. Meça a continuidade do sensor nos terminais do transmissor: Desconecte os cabos do sensor dos terminais de entrada do transmissor e meça a resistência do sensor (para RTD) ou continuidade (para termopar) nos parafusos dos terminais com um multímetro calibrado. Um RTD Pt100 em temperatura ambiente deve medir aproximadamente 109 a 110 ohms para cada 25 graus Celsius acima da referência de 0 graus do sensor; uma leitura de circuito aberto indica um elemento RTD quebrado ou um cabo do sensor cortado. Um termopar à temperatura ambiente deve produzir uma leitura de resistência muito baixa (normalmente 1 a 10 ohms dependendo do material e comprimento do termopar); um circuito aberto indica uma junção ou fio do termopar quebrado.
3. Reconecte o sensor e compare a leitura com uma referência: Se o sensor medir corretamente nos terminais do transmissor, mas a saída do transmissor ainda estiver saturada, verifique se a amplitude de medição configurada do transmissor é apropriada para a temperatura real do processo. Um transmissor operando corretamente e recebendo um sinal de sensor para uma temperatura fora da faixa configurada saturará sua saída; reduzir a faixa de medição ou reconfigurar a amplitude para incluir a temperatura real do processo deve restaurar a operação normal.

Saída barulhenta ou instável

Um output that fluctuates rapidly beyond what the process temperature itself could account for indicates electrical noise pickup in the sensor or transmitter wiring, a loose connection, or a moisture ingress problem in the transmitter housing or sensor connection head. Investigate the following in order:

• Verifique o aterramento da blindagem: Verifique se a blindagem do cabo do sensor está aterrada apenas em uma extremidade (normalmente na sala de controle ou na extremidade do gabinete de triagem), com a extremidade do campo da blindagem sem terminação. O aterramento da blindagem em ambas as extremidades cria um circuito de aterramento que pode injetar ruído no circuito de medição nas mesmas frequências da fonte interferente. A correção de blindagens duplamente aterradas geralmente resolve problemas de ruído do transmissor sem qualquer outra intervenção.
• Inspecione os terminais de conexão quanto a umidade e corrosão: Abra o cabeçote de conexão do transmissor e inspecione todos os parafusos e conexões dos terminais quanto a acúmulo de umidade, produtos de corrosão ou parafusos terminais soltos. A umidade entre os terminais do fio de extensão do termopar e a estrutura metálica aterrada cria correntes de fuga que aparecem como ruído na medição. Seque o cabeçote de conexão com ar comprimido seco, trate os terminais corroídos com limpador de contato e aperte todos os parafusos do terminal com o torque especificado antes de remontar o cabeçote com uma nova vedação de entrada de cabo.
• Separe os cabos dos sensores dos cabos de alimentação: Verifique se o cabo do sensor está roteado separadamente dos cabos de alimentação, cabos do inversor de frequência variável e outras fontes de alto ruído ao longo de sua passagem do sensor até o transmissor ou sala de controle. O roteamento paralelo dos cabos do sensor e de alimentação cria um acoplamento indutivo e capacitivo que injeta ruído no sinal de medição; manter uma separação de pelo menos 300 mm dos cabos de potência, ou colocar os cabos dos sensores em um conduíte metálico separado, elimina esse caminho de acoplamento.

Offset de leitura: erro de medição consistente

Um transmissor de temperatura que produz uma leitura consistentemente acima ou abaixo da temperatura real do processo por meio de um deslocamento fixo em toda a faixa de medição, confirmado por comparação com um termômetro de referência calibrado no mesmo processo, indica um desvio de calibração do transmissor, uma configuração incorreta do transmissor ou uma fonte de erro sistemático, como a resistência do condutor em uma conexão RTD de dois fios não compensada. Verifique os parâmetros de configuração do transmissor (tipo de sensor, tipo de conexão, amplitude e zero) em relação à documentação original de comissionamento antes de realizar uma verificação de calibração, pois erros de configuração introduzidos durante a manutenção são uma causa comum e facilmente corrigida de desvios de leitura sistemáticos. Se a configuração estiver correta, execute uma verificação de calibração de dois pontos usando uma fonte de temperatura de precisão e um transmissor ou calibrador de referência certificado para caracterizar a magnitude e a dependência da temperatura do desvio e aplique uma correção de calibração ou substitua o transmissor se o desvio exceder o requisito de precisão da aplicação.

Manutenção de transmissores de temperatura para aplicações industriais

Um disciplinado transmissor de temperatura O programa de manutenção mantém a precisão da medição, evita falhas inesperadas de medição que interrompem o controle do processo e maximiza a vida útil do investimento no instrumento. O programa de manutenção para transmissores de temperatura industriais abrange verificação periódica de calibração, inspeção física, revisão de dados de diagnóstico para manutenção preditiva e substituição planejada de componentes de sensores que sofrem envelhecimento acelerado em serviço.

Cronograma de verificação de calibração

O intervalo de verificação de calibração para transmissores de temperatura deve ser estabelecido com base nos requisitos de precisão da aplicação, na estabilidade de longo prazo especificada do transmissor e nas consequências de erros de medição não detectados para a qualidade e segurança do controle do processo. Os intervalos típicos de verificação de calibração para transmissores de temperatura industriais variam de 6 meses para medições críticas de segurança, onde qualquer desvio acima de mais ou menos 0,5 graus Celsius deve ser detectado imediatamente, a 2 a 5 anos para medições de monitoramento não críticas, onde a especificação de estabilidade de longo prazo do transmissor (normalmente mais ou menos 0,1 a 0,25 por cento da amplitude por ano dos principais fabricantes) justifica intervalos mais longos entre as verificações.

A verificação da calibração deve ser realizada usando uma fonte de temperatura calibrada (calibrador de bloco seco ou banho de temperatura) rastreável aos padrões de medição nacionais, com um termômetro de referência calibrado de maior precisão do que o transmissor sendo verificado servindo como padrão de comparação. Registre as leituras encontradas e esquerdas em no mínimo dois pontos de temperatura dentro da amplitude configurada (normalmente em 25% e 75% da amplitude) para caracterizar o desvio de zero e o erro de amplitude. Documente todos os resultados de calibração no registro de calibração do instrumento e analise a tendência dos resultados em calibrações sucessivas para identificar desvios graduais que podem indicar deterioração da condição do sensor antes que se torne um problema de medição.

Inspeção Física e Manutenção Preventiva

O programa de inspeção física para transmissores de temperatura deve incluir as seguintes verificações em cada visita de manutenção programada:

• Integridade do gabinete: Inspecione o invólucro do transmissor quanto a danos físicos, corrosão ou deterioração dos revestimentos protetores. Verifique se todas as entradas de cabos estão vedadas com os prensa-cabos originais e se as juntas na tampa do transmissor não estão danificadas e fazendo contato completo. Substitua as juntas deterioradas para manter a classificação de proteção contra entrada do alojamento.
• Conexões terminais: Inspecione todas as conexões dos terminais quanto ao aperto, corrosão e presença de umidade no cabeçote de conexão. Reaperte os parafusos dos terminais com o torque especificado; a corrosão nas conexões dos terminais é uma falha progressiva que produz erros de medição crescentes ao longo do tempo e eventual falha de circuito aberto se não for resolvida.
• Condição do poço termométrico (quando instalado): Inspecione o poço termométrico quanto a corrosão externa, danos mecânicos causados por vibração induzida pelo fluxo (visíveis como desgaste ou rachaduras na conexão do processo) e limpeza interna. Um poço termométrico com adelgaçamento significativo da parede devido à corrosão cria um risco de liberação de fluido do processo na falha da parede restante, exigindo substituição antes que a função de proteção de medição do poço termométrico seja comprometida.
• Condição do elemento sensor: Para elementos RTD e termopares expostos, inspecione a bainha protetora quanto a danos mecânicos, corrosão e quaisquer sinais de contaminação por fluido de processo da cavidade do sensor. Compare a resistência do sensor de corrente (para RTD) ou a resistência de isolamento (para bainha de termopar) com os valores de referência registrados no comissionamento; a resistência de isolamento degradada na bainha do termopar (abaixo de 1 megaohm na temperatura operacional) indica entrada de umidade ou deterioração da bainha que produzirá erros de medição e exigirá a substituição do sensor.

Usando dados de diagnóstico para manutenção preditiva

Transmissores de temperatura fieldbus digitais e compatíveis com HART geram continuamente dados de diagnóstico que podem ser usados para identificar problemas em desenvolvimento antes que eles causem falhas de medição. Os modernos transmissores de temperatura integrados monitoram e relatam parâmetros, incluindo a temperatura da junta fria, a resistência do sensor (para entradas RTD), a tensão de alimentação do circuito, a temperatura eletrônica interna do transmissor e o total de horas de operação desde a última reinicialização. A revisão desses parâmetros de diagnóstico por meio de um sistema de gerenciamento de ativos durante as operações normais, em vez de esperar que o transmissor sinalize um alerta, permite abordagens de manutenção preditiva que programam a substituição do sensor com base em indicadores de condição reais, em vez de intervalos fixos de calendário.

Um aumento progressivo na resistência do sensor RTD acima do seu valor esperado para a temperatura do processo, observado nos dados de diagnóstico durante leituras sucessivas, é um indicador precoce de contaminação do elemento sensor ou dano mecânico que eventualmente produzirá um erro de medição significativo ou falha de circuito aberto. Programar a substituição do sensor na próxima janela de manutenção planejada quando essa tendência for identificada pela primeira vez, em vez de esperar por uma falha completa na medição, evita a interrupção do processo associada a uma substituição não programada do sensor durante a produção. Essa abordagem preditiva para manutenção de transmissores de temperatura é uma das aplicações mais econômicas da capacidade de diagnóstico digital incorporada em transmissores de temperatura industriais modernos.