Módulo transmisor de temperatura

Un módulo transmisor de temperatura toma la señal en bruto de un RTD o de un termopar y la convierte en una señal de lazo normalizada que el resto del sistema de control puede leer. Existe porque las dos familias de sensores producen señales que una tarjeta de entrada de autómata, un registrador o un visualizador de panel no pueden usar directamente: un RTD devuelve una resistencia pequeña que depende de la longitud de los hilos, y un termopar devuelve unas decenas de milivoltios que dependen tanto de la temperatura de los bornes como de la temperatura que se está midiendo. Acondicionar esa señal en el propio sensor, y no en el extremo lejano de un cable largo, es la razón de ser del módulo.

El módulo de esta página es un diseño de dos hilos con alimentación de 24 V CC, con salida de 4-20 mA de serie y una versión de 0-10 V en la misma carcasa. Las entradas cubren los elementos de resistencia de platino y cobre habituales y ocho tipos de termopar, con los tipos de tungsteno-renio y el Pt1000 disponibles sobre pedido, y la cifra de exactitud indicada en el material es 0,2 % del fondo de escala. La base mide 44×40 mm y lleva una regleta de bornes con paso de 8 mm, dos potenciómetros de ajuste y tornillos de montaje M3×5, y la carcasa es de nylon PA66 ignífugo.

Como el tipo de entrada es una configuración y no un instrumento aparte, un solo tipo de módulo cubre un intervalo amplio de temperaturas de proceso: la misma carcasa sirve para un Pt100 a -200 °C y para un termopar tipo B a 1800 °C, y lo que cambia es el conjunto de entradas definido en el pedido y el rango de salida que se le asigne.

Cómo funciona un transmisor de temperatura

La cadena de medición empieza en el elemento. Un elemento de resistencia se lee haciendo pasar una pequeña corriente de excitación por él y midiendo la tensión resultante; el material da esa corriente como 0,2 mA, lo bastante baja para que el autocalentamiento del elemento siga siendo pequeño. Un termopar se lee como una tensión y, dado que esa tensión se genera entre la unión caliente y los bornes donde terminan los hilos, hay que conocer y compensar la temperatura de esos bornes. Esa compensación es la razón de que un termopar se conecte a un transmisor con hilo de termopar y no con cobre: las uniones de cobre introducen sus propias tensiones justo donde termina el hilo del termopar.

Después la señal se linealiza y se escala. Un RTD sigue una curva publicada y un termopar sigue un polinomio propio de su tipo, y la etapa de entrada resuelve la señal entrante con la suficiente finura como para que la linealización no sea el error dominante: el material suministrado indica un convertidor sigma-delta de 24 bits, que es mucha más resolución de la que necesita la cifra de exactitud de 0,2 % del fondo de escala. Resolución y exactitud son magnitudes distintas, y es la exactitud, junto con el coeficiente de temperatura, la que describe lo que el módulo entrega de verdad.

La etapa de salida gobierna un lazo de corriente. En un montaje de dos hilos, el mismo par de hilos transporta la alimentación y la señal, y la corriente que consume el módulo es la medición, de modo que el módulo tiene que funcionar con la tensión que queda después de que la resistencia del lazo se lleve su parte. Por eso la carga y la alimentación van unidas: una carga de 250 Ω o 500 Ω más la resistencia del cable es lo que tiene que excitar la alimentación de 24 V CC, y el material indica un límite de resistencia de línea precisamente por eso y no como recomendación de cable.

En el módulo hay dos potenciómetros para el cero y el rango. Están ahí porque el transmisor es el punto del lazo donde se puede ajustar el conjunto ya instalado: la tolerancia del elemento, la resistencia de línea y la resistencia del lazo acaban como un único error de cero y un único error de ganancia, y ambos pueden corregirse en el módulo contra un termómetro de referencia.

Cómo elegir el transmisor adecuado

Se empieza por el sensor, porque el tipo de entrada queda fijado en el módulo. Un Pt100 es la elección habitual cuando la temperatura tiene que ser defendible y se mantiene dentro de su rango; un termopar toma el relevo cuando la temperatura es lo bastante alta o el punto lo bastante pequeño como para que un elemento de resistencia no sea práctico. El material indica Pt100, Cu50, Cu100 y Pt1000 en el lado de resistencia, y los tipos B, E, J, K, N, R, S y T más WRe3-25 y WRe5-26 en el lado de termopar.

Después el rango de salida, que es la decisión que más afecta a la lectura en la práctica. El lazo de 4-20 mA transporta un rango de corriente fijo, y el rango que se le asigne decide cuánta temperatura representa cada miliamperio. Asignar un rango estrecho en torno al intervalo de trabajo da una lectura más fina dentro de ese intervalo, pero todo lo que quede fuera se recorta. El material indica los rangos asignables desde -20-60 °C hasta 0-600 °C, en los pasos que figuran en la tabla de selección, y en la versión de 0-10 V aparece una marca de 0-100 °C.

Después el lazo propiamente dicho. La alimentación es de 24 V CC y la carga se indica como 250 Ω o 500 Ω, con un límite de resistencia de línea que hay que respetar. Cuando el trazado es largo, o el instrumento receptor presenta una carga mayor, lo que condiciona el montaje es la tensión disponible en el módulo, y el material ofrece una fabricación sobre pedido cuando la resistencia de línea de una tirada de Pt100 supera los 35 Ω.

Después el entorno y el montaje. El material da un rango de servicio de -30 a 80 °C en la tabla de parámetros, pero describe -20 a +60 °C como el rango de trabajo habitual, y también indica un rango de transporte y almacenamiento de -40 a 120 °C. La carcasa es una placa base de 44×40 mm con tornillos M3×5, que encaja en un panel o en una caja de campo más que en pared.

Por último, la sonda asociada. El material documenta sondas para acompañar al módulo, entre ellas un Pt100 enrollado de φ4×30 mm con hilo impermeable de 0,5 m, un Pt100 plano de 7,5×20×3,6 mm, una versión roscada impermeable con hilo de 1,5 m y rosca M6×1, y una versión de alta temperatura con rosca M12×1 para 420 °C. El aislamiento de los hilos no es el mismo en todas esas opciones, y solo los hilos con trenza de acero inoxidable llevan la clasificación de alta temperatura.

Limitaciones y puntos que hay que confirmar

La afirmación de exactitud necesita una referencia para ser significativa. El 0,2 % del fondo de escala es un porcentaje del rango asignado y no de la temperatura medida, así que un rango de 0-600 °C y un rango de 0-50 °C producen errores absolutos bastante distintos a partir de la misma cifra. El material no indica ninguna norma de referencia detrás, así que la cifra debe leerse como especificación del proveedor y confirmarse contra un certificado cuando la aplicación dependa de ella.

Las dos cifras de coeficiente de temperatura no están conciliadas. Una general de ≤25 ppm/°C del fondo de escala y otra específica de Pt100 de ≤250 ppm/K del fondo de escala en un rango de 100 °C difieren en un orden de magnitud, y el material no dice qué entradas cubre la cifra general. Cuando el módulo trabaja lejos de la temperatura de calibración, esa diferencia importa más que la propia cifra de exactitud, y mientras no se resuelva lo prudente es suponer la cifra más amplia.

Algunos límites del material hay que leerlos con cuidado. El límite de resistencia de línea se da como inferior a 80 Ω tanto para una carga de 500 Ω como para una de 250 Ω, lo cual es poco habitual: la resistencia de línea admisible suele bajar a medida que sube la carga, porque ambas consumen la misma tensión del lazo. La cifra se ha marcado en lugar de publicarse como dos límites verificados por separado. El límite de corriente de salida de 20,3 mA es igualmente una cifra de saturación y no un punto de trabajo.

Faltan varios parámetros que una especificación suele indicar: el grado de protección, los límites de humedad, la tensión de aislamiento entre entrada y salida y la estabilidad a largo plazo. Aparecen en esta página como información pendiente y no como estimaciones. El material también indica que los componentes son importados sin indicar ningún grado ni origen, lo que no se publica aquí porque no puede sostenerse con el documento suministrado.

Dos puntos prácticos sobre el conjunto. El material indica que las sondas asociadas se montan a mano y pueden presentar variaciones de medición, así que la pareja formada por la sonda y el transmisor debe tratarse como un conjunto que hay que ajustar y no como dos piezas intercambiables de forma independiente. Y el producto no lleva designación de modelo en el documento suministrado: la identificación de la carcasa es una etiqueta de configuración, así que un pedido debe indicar el tipo de entrada, la forma de salida y el rango asignado en lugar de un código.