Rappresentazione accurata delle variabili di processo

 
La rappresentazione accurata delle variabili di processo è importante per diversi motivi. La sicurezza del processo e dell'automazione, i rendimenti, la qualità e l'efficienza sono tutti fattori che risentono della precisione dei valori misurati.

 

È quindi indispensabile che la progettazione e l'ingegnerizzazione dei sistemi di controllo di processo integrino componenti capaci di una precisione superiore in tutte le condizioni ambientali.

 

Prendiamo come esempio i trasmettitori di temperatura.

 

La misurazione precisa della temperatura è fondamentale per la sicurezza e l'efficienza di molti processi industriali in diversi settori; chimico, siderurgico, farmaceutico, oil/gas… per citarne solo alcuni. I piccoli segnali emessi dai sensori di temperatura, come termocoppie e RTD, fanno sì che i trasmettitori di temperatura vengano spesso utilizzati sia per convertire i segnali in mV o quelli delle resistenze in un segnale 4-20 mA, sia per una migliore immunità alle interferenze.

 

La precisione con cui il trasmettitore di temperatura può convertire e ritrasmettere il segnale del sensore è quindi importante per la precisione complessiva del loop di processo.

 

La precisione del trasmettitore di temperatura risente di numerosi fattori esterni ed interni. Alcuni esempi di fattori esterni sono i disturbi ad alta frequenza, la temperatura ambiente, l'alimentazione e i disturbi induttivi. Internamente, anche i componenti non lineari, l'auto-riscaldamento o i disturbi interni influiscono negativamente sulla precisione dei dispositivi.

 

La qualità della progettazione meccanica ed elettrica di un trasmettitore di temperatura determina l'efficacia con cui questi vari fattori vengono eliminati e quindi il miglioramento della precisione con cui vengono rappresentati i valori di processo.

 

Tutti i fattori citati contribuiscono alla precisione dei trasmettitori di temperatura, quindi devono essere considerati in qualsiasi calcolo della precisione dei trasmettitori.

 

Vediamo i dettagli di alcuni di questi effetti:

 

Coefficiente di temperatura:

Tutte le apparecchiature elettroniche risentono delle variazioni della temperatura ambiente. I produttori normalmente calibrano i dispositivi a temperatura ambiente (+20 °C). Tuttavia, quanto più la temperatura ambiente si discosta dalla temperatura di calibrazione, tanto minore sarà la precisione.

 

Per quantificare questo effetto sulla precisione si usa il termine "coefficiente di temperatura". Il coefficiente di temperatura può essere indicato come % dell'intervallo/°C o °C/°C

 

La precisione della misurazione varia al variare della temperatura ambiente rispetto alla temperatura alla quale l'apparecchio è stato calibrato dal produttore.

Esempio:

Tcoef = 0,01 °C/°C, Tamb = 35°C, Cal = 20°C
Tcoef = 0,01 x (35-20) = 0,15°C

 

Quanto più basso è il coefficiente di temperatura, tanto maggiori saranno la precisione e la stabilità del trasmettitore in intervalli variabili di temperatura ambiente.

 

Errore di linearità:

Normalmente viene indicato come ±0,1% dell'intervallo. È il massimo margine di errore del trasmettitore rispetto alla curva ideale.

 

L'errore di linearità è il limite massimo entro il quale può oscillare l'errore corrente. L'errore aumenta quando le misurazioni si svolgono in intervalli di temperature superiori.

 

La non linearità e la ripetibilità sono normalmente incluse nei valori di precisione riportati sulle schede tecniche e sui manuali dei trasmettitori di temperatura.

 

Precisione tipica e "ipotesi più sfavorevole": 

Quando si eseguono i test sulla precisione, di solito si fa variare solo il parametro sottoposto al test. Tutti gli altri parametri rimangono costanti, per avere un riscontro chiaro dell'impatto del parametro.

 

La precisione può differire in positivo o in negativo rispetto al valore ideale. La precisione tipica si calcola quindi come la somma dei quadrati delle singole variabili separate, ad esempio:

 

 

La precisione nell'ipotesi più sfavorevole indica la somma delle deviazioni in una situazione teorica in cui si suppone che tutti gli errori vadano nella stessa direzione, dando luogo così al massimo errore possibile.

 

 

Esempio di calcolo:
Ingresso temperatura Pt100 Ω
Campo di temperatura 0...150°C
Ambient temperature, Tamb. 35°C
Precisione <±0,18°C
Coefficiente di temperatura <±0,01°C/°C
Temperatura di calibrazione 20°C
Coefficiente di temperatura = 0,01 x (35-20) = ±0,15°C

 

Precisione tipica (secondo la formula):

 

 

Precisione nell'ipotesi più sfavorevole (secondo la formula):

 

* Nei calcoli si possono considerare ulteriori imprecisioni dovute alle deviazioni dell'alimentazione e alle interferenze elettromagnetiche (EMC), se sono indicate nella scheda tecnica del prodotto

 

 

 

A seconda del produttore, le specifiche di precisione sono spesso indicate con termini o unità differenti, quindi per confrontare le specifiche di precisione di due prodotti è importante convertirle in termini identici al fine di avere un quadro di riferimento affidabile.

 

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