Transmissores de Temperatura



Os Transmissores de Temperatura são utilizados nas mais variadas aplicações na indústria de processo para controle da temperatura e são constituídos por circuitos eletrônicos com tecnologia SMD, que ao receberem um sinal proveniente de RTDs, termopares ou sensor-mV são capazes de processá-lo em um sinal analógico (ex. 4…20 mA) totalmente linear e proporcional a variável de processo temperatura. Eles têm em comum o fato de converterem uma energia muito pequena dos termoelementos de forma a emitirem um sinal elétrico amplificado e estável a ruídos, sem esta amplificação os resultados da medição seriam comprometidos e suscetíveis a interferências presente no ambiente indutrial. Além disso, a relação matemática entre a temperatura e o valor elétrico gerado é definida individualmente, para cada tipo de sensor.
O sinal do elemento sensor é transmitido como sinal elétrico através de uma sucessiva cadeia de medições, conforme ilustra a Fig.1, para processamento adicional e para controle o processo de produção.

Para ampliar clique na imagem acima.

O primeiro passo é coletar o sinal elétrico do elemento sensor. Isto inclui amplificar, padronizar e transformar o sinal de medição em sinais adequados ao processamento ou transmissão e nas formas de representação elétrica e matemática. Se forem usados transmissores de cabeçote, esta transformação pode ocorrer muito próxima ao processo de produção. Em outros casos, o sinal de saída (4…20 mA) é primeiramente transmitido ao centro de controle para processamento adicional nos controladores e PLCs. O sistema de controle de processo fecha o circuito com sinais de controle que retroalimentam os atuadores do processo.

Funções básicas dos transmissores
A principal de um transmissor é transformar o sinal individual do sensor em um sinal padronizado, adequado para transmissão. Isto implica na passagem do sinal através de diversas etapas de processamento e conversão:

- Captar o sinal do termoelemento (PT100, termopar ou sensor-mV)
- Amplificar o sinal de medição.
- Linearização/Equalização do sinal de medição
Como regra, a relação matemática entre variáveis de processo como a temperatura e o sinal do sensor não é linear. Normalmente, é necessária uma relação linear entre a variável de processo e sua representação por um sinal padronizado. Essa linearização ou equalização é realizada nesta etapa da conversão.
- Conversão do sinal de medição linearizado em um valor de saída padronizado
Existem diversos requisitos adicionais que devem ser cumpridos para que essa cadeia de conversões funcione, na prática, com confiabilidade e exatidão suficientes. Esses requisitos podem não ser uniformemente definidos para todos os transmissores.

Existem diversas normas sobre equipamentos elétricos que abordam esse tema.

Os requisitos são impostos em relação ao efeito das interferências externas, tais como:
- Temperatura ambiente, geralmente 0 a 70ºC no centro de controle e -40 a 85ºC no campo;
- Mudança de pressão atmosférica, pressão de gás ou de água em aplicações submarinas;
- Umidade ambiente. A condensação ocasional ou contínua pode ocorrer em alguns casos;
- Ambientes agressivos, tais como sulfuroso ou amoniacal, vapores ácidos e outros agentes corrosivos;
- Interferência eletromagnética de todos os tipos.

Transmissor Analógico de Temperatura
Um transmissor analógico de temperatura converte o sinal de entrada proveniente de RTDs e termopares em um sinal analógico (ex. 4…20 mA) linear e proporcional a temperatura sem utilizar para isso, processadores e conversores digitais. As variáveis de saída de um termoelemento como resistência ou tensão são captadas, linearizadas e compensadas e sempre existem diretamente na forma analógica não sendo representadas internamente por estados lógicos ou digitalizados para o processamento posterior.

Suas principais vantagens são:
- Baixo custo de produção quando não se necessita de grande exatidão;
- poucos componentes são usados no circuito;
- "Leve resposta" à interferência, ou seja, o surgimento de erro é geralmente proporcional à interferência;
- Uso de tecnologia consolidada: as características dos componentes são bem conhecidas, como desvios e falhas;
- O baixo consumo de energia diminui custos e reduz o envelhecimento dos componentes;

A figura acima mostra um transmissor analógico, com saída 4 a 20 mA, a dois fios. A faixa de medição é configurada por software.

Transmissor Digital de Temperatura
Um transmissor digital de temperatura é aquele que converte o sinal de entrada proveniente de RTDs, termopares ou sensores-mV com circuitos eletrônicos internos como processadores e conversores digitais A/D e D/A. Os dados da medição são representados por estados lógicos e números. A etapa posterior de processamento é realizada principalmente no microprocessador tendo como base informações matemáticas não mais na forma analógica. Na etapa final, o valor é convertido em um sinal de saída analógico, por exemplo 4 a 20 mA de corrente. Os transmissores digitais possuem uma interface digital de comunicação, que é usada para o ajuste interno e a parametrização do transmissor.

Este é um transmissor digital. Pode ser montado em cabeçote ou trilho; a saída é 4 a 20 mA, a dois fios e a entrada configurada por software, bem como a faixa de medição.

As vantagens dos transmissores digitais são listadas a seguir:
- Para tolerâncias estreitas, custam menos do que as soluções analógicas
- Flexibilidade na adaptação a condições específicas da medição tais como faixa, tipo de sensor etc;
- Boas possibilidades de se fazerem correções internas quando existirem interferências externas: devido à temperatura ambiente, EMC ou outros efeitos físicos podem ser compensados por correções matemáticas e funções de filtragem;
- É possível um alto nível de autocontrole via processador através de funções de verificação integradas;
- Dados adicionais (como manutenção e diagnóstico) podem ser verificados internamente via software;
- É possível a fácil linearização e processamento de curvas características complexas;
- É possível a interligação diferentes sensores (ex: medições internas e externas)
- Depois da conversão o sinal é à prova de erro e inteferência.

Transmissão do Sinal
A transmissão do sinal também pode ser analógica ou digital.

Foram desenvolvidas diversas interfaces analógicas, como resultado das várias áreas de aplicação na indústria (laboratórios, centros de controle, áreas de processo) e do estado da tecnologia no momento da introdução. Essa interface analógica padrão é classificada em dois grupos, de acordo com o modo de transmissão: transmissão de tensão e transmissão de um sinal de corrente.

Várias interfaces padrão, muitas das quais desenvolvidas para outras finalidades, estabeleceram-se para diferentes casos de aplicações em sistemas computadorizados. Basicamente, essas interfaces podem ser caracterizadas como serial ou paralela, de acordo com o modo de transmissão dos dados.

Os protocolos SMART ou HART baseiam-se na transmissão de áudio freqüência, de 1200 e 2400 Hz.

Outro modelo digital, pode ser montado em cabeçote ou trilho; a saída é 4 a 20 mA + HART, a dois fios e a entrada configurada por software, bem como a faixa de medição.

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