La integridad del sensor garantiza la precisión de la medición de temperatura

Ya sea para medir o controlar la temperatura, todo comienza con el sensor. Mejores sensores hacen mejores mediciones de proceso. Esta característica apareció originalmente en la edición de mayo de 2022 de InTech Focus Temperature & Pressure.

Aunque no todas las aplicaciones de temperatura son una medición de alta precisión, se pueden aplicar las mejores prácticas para eliminar la desviación del sensor al comienzo de una instalación. Esto ayuda a los usuarios a lograr resultados óptimos mientras evita el tiempo de inactividad o la resolución de problemas que podrían resultar de futuras desviaciones durante la operación. Varios factores influyen en la precisión del sistema de temperatura: la precisión del sensor individual, el cable de extensión y los dispositivos de medición. Al embarcarse en un proyecto que involucre la medición o el control de la temperatura, tenga en cuenta estas reglas generales básicas:

Los sensores de temperatura más comunes aceptables para la medición y el control de temperatura incluyen termopares, detectores de temperatura de resistencia (RTD), termistores y sensores basados ​​en semiconductores. Aquí solo se tratan los T/C, los RTD y la entrada/salida remota (E/S).

Los termopares (T/C) son los sensores de medición de temperatura más comunes utilizados en los EE. UU. para el control de procesos. El uso de T/C es una tecnología probada en la industria. Son robustos, relativamente económicos y fáciles de usar.

Teóricamente, se podrían usar dos tipos diferentes de material conductor para hacer un termopar. Sin embargo, sólo se utilizan unas pocas combinaciones. Los criterios para las combinaciones de materiales elegidos para su uso en termopares incluyen la magnitud de su coeficiente de Seebeck relativo, estabilidad química, estabilidad metalúrgica, resistencia, ductilidad y costo. Existen ocho tipos de termopares estándar establecidos en los EE. ) asignó designaciones de letras a estos ocho tipos: T, J, K, E, N, S, R y B (Tabla 1). Las designaciones se basan en la relación de voltaje versus temperatura para estos termopares. Las designaciones no se basan en sus composiciones. Los T/C creados según la norma ASTM E230 son más precisos. El estándar ASTM E320 rige la precisión del termopar.

Los sensores de termopar construidos según el estándar ASTM E230 son más precisos. El estándar ASTM E320 rige la precisión del termopar, como se muestra a continuación en la Tabla 2.

Los termopares se pueden construir con alambre de calidad superior o especial que reduce la incertidumbre a la mitad. La designación premium/especial indica que este alambre tiene una mezcla de aleación de mayor pureza. Incluso con T/C de grado premium/especial, Moore Industries recomienda usar RTD en lugar de T/C siempre que sea posible, ya que su precisión, repetibilidad y estabilidad son superiores a las de los T/C. Al comparar los datos de precisión entre la Tabla 3 y la Tabla 2, observe que la incertidumbre se reduce a la mitad mediante el uso de sensores de primera calidad. Si se deben usar T/C, el grado premium ofrece una mayor estabilidad a una diferencia de costo insignificante. El problema que se ve constantemente en los termopares es la contaminación del cable. A medida que se produce la contaminación, el error aumenta gradualmente hasta un punto que requiere el reemplazo del sensor.

Cada vez que el cable de extensión del T/C se conecta a un T/C, introduce más incertidumbre en la medición (Tabla 4). Si el cable de extensión de T/C estará expuesto a temperaturas fuera de los rangos especificados, considere usar un cable de termopar real en su lugar. Además de la incertidumbre, el cable de extensión de T/C es susceptible a interferencias de radiofrecuencia (RFI) e interferencias electromagnéticas (EMI). El cable de extensión para los tipos de termopar J y K agrega otra incertidumbre de ±2,2 °C (±4,0 °F) cuando el cable está limpio y no contaminado. Además, el cable de extensión T/C tiende a comportarse como una antena para RFI y EMI. Use las mejores prácticas para mantener el ruido disruptivo fuera de estas señales de mV de bajo nivel. El cable de extensión T/C se degradará hasta el punto de ser reemplazado; reemplazarlo con más cable de extensión perpetúa el ciclo de reemplazo del cable de extensión T/C. Sin embargo, el cable de extensión T/C de primera calidad reduce el error potencial a la mitad y debe seleccionarse. Si el cable de extensión se estresa al estar expuesto a temperaturas fuera de los límites que se muestran en la Tabla 3, aumentará la incertidumbre. El cable de extensión de primera calidad todavía permite la posibilidad de error una vez que los metales se contaminan por las influencias del aire. Se recomienda eliminar el cable de extensión del T/C lo más cerca posible del T/C mediante la instalación de transmisores de temperatura o E/S remotas.

Existen opciones que permiten la eliminación del cable de extensión T/C, dando así un paso más para garantizar mediciones confiables. Entre las opciones se encuentran los transmisores de temperatura, que pueden plantear consideraciones de costos, y E/S remotas. Los transmisores de temperatura, las E/S remotas y los módulos concentradores de temperatura eliminan los costosos cables de extensión de T/C y RTD y otros cables punto a punto. enviando mediciones de temperatura, monitoreo de procesos y señales de control entre el campo y la sala de control en un enlace de comunicación digital. Las tecnologías relacionadas, como los módulos concentradores de temperatura (TCM) y los convertidores de señales/transmisores de temperatura, tienen entradas programables configurables para RTD, T/C, ohmios, mV o potenciómetro, y corriente o voltaje, según el tipo de módulo específico. Las salidas a menudo admitirían HART, PROFIBUS PA, FOUNDATION Fieldbus, MODBUS RTU, etc.

El cable RTD es un material puro, típicamente platino, níquel o cobre. El material tiene una relación precisa de resistencia/temperatura, que se utiliza para proporcionar una indicación de la temperatura. Los elementos RTD normalmente se alojan en sondas protectoras de acero inoxidable aisladas y aisladas de la funda protectora con óxido de magnesio. Los elementos sensores RTD comunes construidos de platino, cobre o níquel tienen una relación repetible de resistencia frente a temperatura (R frente a T) y rango de temperatura de funcionamiento. La relación R versus T se define como la cantidad de cambio de resistencia del sensor por grado de cambio de temperatura. El cambio relativo en la resistencia (coeficiente de temperatura de la resistencia) varía solo ligeramente en el rango útil del sensor.

Moore Industries envejece térmicamente todos sus RTD para minimizar la deriva una vez que ingresan al campo. Los RTD tienen un ciclo de temperatura de 1000 horas a 0° y 600°C, y mantendrán la precisión durante más de cinco años. Por lo general, solo los sensores de clase A están envejecidos térmicamente. Así como se recomienda que utilice un cable T/C de primera calidad para las mediciones de termopares, también se sugiere que actualice a sensores RTD de clase A, lo que reduce la incertidumbre a la mitad.

Cuando una aplicación en particular exige la mayor precisión posible, Moore recomienda solicitar un sistema de medición de temperatura con calibración de baño. Un sensor RTD Clase A se calibra en un baño para calibrarlo al transmisor o al dispositivo de medición de E/S remotas. Este proceso elimina el error de compensación final "tal como está construido" que existe en cada sensor. A continuación, recibe un informe de calibración rastreable por NIST que indica la incertidumbre combinada del sensor y el transmisor de temperatura, que suele ser mejor que ±0,01 °F.

El "secreto" RTD de platino de 1000 Ω. Si debe quedarse con los RTD de 3 hilos y tiene cables largos de regreso al DCS, considere reemplazar los RTD de 100 Ω Pt con RTD de 1000 Ω Pt. Cuando se hace esto, el error causado por el desequilibrio de resistencia en el cable conductor se reduce en un factor de 10.

Para optimizar el rendimiento de la medición y minimizar los gastos de mantenimiento a largo plazo, utilice la siguiente guía para la selección del sensor:

Todas las mediciones de temperatura, ya sea que se utilicen para indicación de temperatura o control de procesos, comienzan con el sensor. Los termopares y RTD son los sensores de temperatura más comunes utilizados en aplicaciones industriales. Los transmisores de temperatura, las E/S remotas y los módulos concentradores de temperatura eliminan los costosos cables de extensión de T/C y RTD y otros cables punto a punto mediante el envío de mediciones de temperatura, monitoreo de procesos y señales de control entre el campo y la sala de control en una comunicación digital. enlace. Consulte la Guía de referencia de temperatura de Moore Industries para obtener más información. Esta característica apareció originalmente en la edición de mayo de 2022 de InTech Focus Temperature & Pressure.

Gary Prentice es vicepresidente de ventas de Moore Industries. Dirige todas las actividades y responsabilidades de ventas de la empresa, incluida la gestión de ventas directas de las oficinas internacionales de Moore Industries ubicadas en el Reino Unido, Bélgica, los Países Bajos, China y Australia.

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