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Ventajas de la conversión de señales RTD y termopar a corriente de 4...20 mA

 
Los sensores termopar y RTD se utilizan comúnmente para medir la temperatura en procesos industriales. En los casos en los que los sensores se conectan directamente al PLC, el resultado de la precisión de la medición es algunas veces peor de lo esperado. Esta pérdida de precisión a menudo es causada por interferencias electromagnéticas (EMI). Sin embargo, mediante la conversión de las señales de termopar y RTD a corriente estándar de 4...20 mA, los errores debidos a la EMI pueden eliminarse eficazmente.

 

La mayoría de los termopares crean una señal de tensión inferior a 50 mV, y un termopar prácticamente no tiene la capacidad de crear un flujo de corriente. Por lo tanto, cualquier dispositivo que mida un termopar debe tener una resistencia de entrada muy alta (generalmente 1 millón Ω o más).

 

La combinación de una señal de mV baja y la ausencia de flujo de corriente hace que los termopares se comporten como una antena. El ruido eléctrico de la red eléctrica de 50/60 Hz, el ruido atmosférico, la electricidad estática, la interferencia por radiofrecuencia de las radios portátiles, el ruido del conmutador de los motores de CC y muchas otras fuentes de ruido eléctrico pueden ser "recibidos" por un termopar; y cuanta más longitud tengas los cables, habrá mayor probabilidad de"recibir" ruido eléctrico.

 

 

Lo mismo puede ocurrir al medir las RTD. Aunque el elemento RTD es excitado por una pequeña fuente de corriente constante (normalmente de 0,3 mA), prácticamente no fluye corriente en los hilos sensoriales usados en RTDs de 3 y 4 hilos. Por lo tanto, los cables de los sensores también actúan como antenas, captando una gran variedad de ruido presente en el entorno industrial.

 

 

Algunos síntomas de las señales de temperatura afectadas por el ruido son que las mediciones de temperatura:

 

  • cambian inmediatamente cuando se arranca un motor o calentador cercanos.
  • cambian cuando una parte de un proceso se desconecta o se conecta.
  • cambian cuando una radio móvil está transmitiendo.
  • cambian en función de la hora del día o los patrones climáticos.
  • cambian en función de la ubicación/orientación del cableado del sensor.

 

Cómo minimizar los errores causados por EMI

Una de las mejores maneras de minimizar los errores debidos a la EMI es minimizar la longitud del cableado del sensor, minimizando así la longitud de la "antena".

 

Esto se logra midiendo la señal de termopar o RTD en el sensor y convirtiendo esa medición a una corriente de 4...20 mA. La corriente la mide la tarjeta de entrada del PLC que tiene una resistencia aproximada de 250 Ω. Esto eliminará los errores debidos a la EMI.

 

 

El flujo de corriente a través de un lado del lazo de corriente se verá afectado por la EMI generada, por ejemplo, por una radio portátil. Esta EMI podría ayudar (aumentar) al flujo de corriente normal en ese lado del lazo de corriente. Sin embargo, la corriente del otro lado del lazo fluye en el sentido contrario a través del mismo campo electromagnético. Por eso, la corriente que fluye en ese lado del lazo se contrarresta (se reduce) con la EMI. Resultado neto: la EMI prácticamente no afecta al flujo de corriente del lazo.

 

La precisión mejora aún más trenzando los conductores del lazo entre sí. Esto garantiza que ambos cables están igualmente protegidos contra las interferencias electromagnéticas, y que los conductores trenzados forman una serie de campos magnéticos unos contra otros a lo largo de la longitud del cable. Ambos efectos garantizan que todas las fuentes de EMI tienen un efecto equivalente, pero opuesto, en la corriente del lazo. Debido a estos efectos, es posible tender lazos de 4…20 mA en áreas con una EMI significativa prácticamente sin alteraciones en la señal medida.

 

 

En algunas aplicaciones, los cables de los sensores que van al panel de control no se ven afectados por la EMI, pero existe un alto nivel de interferencia electromagnética dentro del panel. Esta interferencia la crean los motores de frecuencia variable, los controladores de motores y calentadores SCR, los arrancadores suaves de motores eléctricos, los contactos de alta tensión y los motores de CC.

 

 

 

Los efectos de la EMI en el interior del panel pueden minimizarse utilizando un transmisor de temperatura montado en raíl DIN para convertir las señales de RTD y termopar de bajo nivel en señales robustas de 4...20 mA. El aislamiento proporcionado por el transmisor de temperatura también elimina prácticamente los errores causados por el ruido del modo común (interferencia eléctrica común en ambos cables del sensor). Esta solución permite que el cableado original del sensor permanezca inalterado, a la vez que mejora la precisión y repetibilidad de la medición realizada por la tarjeta de entrada analógica.

 

Dos soluciones de transmisión

Es ventajoso utilizar dos transmisores: uno en el sensor y otro dentro del panel de control. Esta solución proporciona una excelente inmunidad a la EMI porque la longitud de los cables del sensor se minimiza, además el transmisor del panel puede realizar muchas funciones diferentes dentro del panel:

 

 

  • El transmisor del panel puede proporcionar una salida mA independiente y aislada, además de contactos de alarma a tarjetas de entrada de PLC analógicas y digitales
  • El transmisor del panel se puede equipar con una pantalla con retroiluminación que muestra el valor del proceso, el estado del relé y los errores del sensor/lazo. Esto reduce en gran medida el tiempo de resolución de problemas y puesta en marcha

 

  • El transmisor montado en panel puede dividir la señal, proporcionando múltiples señales aisladas de corriente activa o pasiva de 4...20 mA a varios dispositivos de la planta.
  • Además, los transmisores de PR pueden realizar amortiguación de señal, linealización multipunto de entradas no lineales (como termistores), medición de volumen de depósitos con forma irregular, funciones matemáticas en dos señales de entrada y mucho más.
 

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