Les avantages de la conversion d’un signal en provenance de thermocouples et de RTD en courant 4...20 mA

 
Les thermocouples et les capteurs RTD sont couramment utilisés pour mesurer la température dans les procédés industriels. Les mesures avec des capteurs directement raccordés à l’automate ne sont pas toujours d’une grande précision. Ce phénomène est souvent la résultante d’interférences électromagnétiques (IEM). La conversion du signal de mesure thermocouple et RTD en courant 4...20 mA permet d’éliminer efficacement les erreurs causées par les IEM.

 

En général, les thermocouples génèrent un signal < à 50 mV ; un thermocouple n’a pratiquement pas la capacité de créer un flux de courant. Par conséquent, tout appareil qui mesure un signal thermocouple doit avoir une résistance d’entrée très élevée (généralement 1 million Ω ou plus).

 

L’association d’un signal mV faible et d’un courant nul fait que les thermocouples se comportent comme une antenne. Les bruits électriques provenant d’un réseau électrique de 50/60 Hz, ou encore provoqués par la foudre, l’électricité statique, les interférences radioélectriques des radios portables, des commutateurs de moteurs CC et de nombreuses autres sources de bruit électrique peuvent être « captés » par un thermocouple. Et plus les fils sont longs, plus le risque de « capter » des parasites électriques est grand.

 

 

La même chose peut se produire lors de la mesure des RTD. Même si l’élément RTD est excité par une minuscule source de courant constant (typiquement 0,3 mA), presque aucun courant ne circule dans les fils de détection utilisés sur les RTD à 3 et 4 fils. Par conséquent, les fils de compensation agissent également comme des antennes, captant des bruits présents dans l’environnement industriel.

 

 

Les éléments qui perturbent la mesure de température sont :

 

  • le démarrage d’un moteur ou un élément chauffant à proximité ;
  • l’arrêt ou démarrage du processus ;
  • lorsqu’une radio émettrice est à proximité ;
  • le changement en fonction de l’heure de la journée ou des conditions météorologiques ;
  • le changement en fonction de l’emplacement et de l’orientation du câblage du capteur.

 

Comment réduire les effets IEM

L’une des meilleures façons d’atténuer les erreurs causées par les interférences électromagnétiques consiste à réduire la longueur de câble du capteur et donc de l’effet antenne.

 

Il est donc possible de réaliser cela en convertissant le signal RTD et thermocouple en courant 4...20 mA. Le courant est ensuite mesuré par une carte d’entrée d’API d’une résistance d’environ 250 ohms. Ainsi, les erreurs causées par les interférences électromagnétiques seront éliminées.

 

 

Le flux de courant passant d’un côté d’une boucle de courant sera affecté par les IEM générées par une radio portable, par exemple. Ces IEM peuvent favoriser (augmenter) le flux de courant normal de ce côté de la boucle. Toutefois, le courant présent de l’autre côté de la boucle circule dans le sens opposé à travers le même champ électromagnétique. Par conséquent, le courant circulant de ce côté de la boucle est contré (diminué) par les IEM. Cela a pour effet un flux de courant dans la boucle pratiquement inchangé par les IEM.

 

Il est possible d’améliorer la précision en enroulant les conducteurs de la boucle les uns autour des autres. Ainsi, les deux fils sont protégés de manière égale vis-à-vis des interférences électromagnétiques et les conducteurs enroulés forment une série de champs magnétiques qui sont en opposition les uns par rapport aux autres sur toute la longueur du câble. Ces deux caractéristiques permettent de garantir que toutes les sources d’IEM produisent un effet égal (mais opposé) sur le courant de boucle. Grâce à ces effets, les boucles de 4...20 mA peuvent traverser des zones d’IEM importantes quasiment sans aucune perturbation du signal mesuré.

 

 

Dans certaines applications, les fils du capteur allant vers le panneau de commande ne sont pas affectés par les interférences électromagnétiques, mais les interférences électromagnétiques existent vraiment à l’intérieur de l’armoire. Cette interférence est créée par des éléments tels que les commandes de moteurs à fréquence variable, les contrôleurs des éléments chauffants et des moteurs SCR, les démarreurs progressifs de moteurs électriques, les contacts haute tension et les commandes de moteurs à courant continu.

 

 

 

Les effets des interférences électromagnétiques dans les armoires peuvent être minimisés en utilisant un transmetteur de température montage rail DIN pour la conversion en courant 4...20 mA. L’isolation fournie par le transmetteur température élimine également presque toute erreur causée par le bruit de mode commun (interférence électrique commune aux deux fils du capteur). Cette solution permet de ne pas perturber le câblage du capteur d’origine, tout en améliorant la précision et la répétabilité de la mesure effectuée par la carte d’entrée analogique.

 

Solution avec 2 transmetteurs

Il est avantageux d’utiliser deux transmetteurs : l’un au niveau du capteur et l’autre à l’intérieur du panneau de commande. Cette solution offre une excellente immunité aux interférences électromagnétiques, car la longueur des fils du capteur est réduite et le transmetteur dans le panneau peut remplir de nombreuses fonctions différentes :

 

 

  • le transmetteur dans l’armoire fournit un signal analogique avec une sortie indépendante et isolée ainsi que des contacts d’alarme raccordés sur les entrées de l’automate ;
  • le transmetteur monté dans l’armoire peut être équipé d’un afficheur rétroéclairé indiquant la valeur réelle, l’état du relais et les défauts capteur/boucle. Cela réduit considérablement le temps de dépannage et de mise en service ;

 

  • le transmetteur monté dans l’armoire peut être un duplicateur de signal pour envoyer deux signaux 4...20 mA, isolés, actifs ou passifs sur différents récepteurs du site.
  • De plus, avec les transmetteurs PR, le signal est amorti. Ils offrent la possibilité de linéariser les signaux jusqu’à 60 points, comme pour les thermistances non linéaires ou encore la mesure de niveau dans des cuves non standards. Avec encore d’autres fonctions mathématiques.
 

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