Qu'est-ce qu'un transmetteur de température
Un transmetteur de température convertit le signal d'un capteur de température en une sortie normalisée que le reste d'un système de contrôle peut lire. Il existe parce qu'aucune des deux familles de capteurs ne produit directement un signal exploitable par un système de contrôle : un élément résistif renvoie une faible résistance qui dépend de la longueur de ligne autant que de la température, et un thermocouple renvoie quelques dizaines de microvolts qui dépendent de la température des bornes autant que de celle que l'on mesure.
Les transmetteurs se montent à deux endroits pour deux raisons liées. La première est électrique : convertir le signal sur le capteur, avant qu'il ne circule, élimine les perturbations qu'un signal en microvolts ou en milliohms capte sur une machine ou le long d'un chemin de câbles, et supprime l'erreur de résistance de ligne qui, sinon, se loge dans la mesure. La seconde est organisationnelle : une boucle 4-20 mA peut être lue par un enregistreur, une carte d'entrée d'automate, un indicateur de tableau ou un système de supervision sans qu'aucun d'eux ait besoin de savoir quel capteur se trouve derrière, et la boucle peut être contrôlée avec un multimètre.
La gamme de transmetteurs est large parce que ces raisons se satisfont à des niveaux de coût différents. Un module en tête de capteur, un module pour rail DIN destiné à une armoire, un boîtier de terrain pour un environnement hostile et un étage d'isolation à plusieurs voies sur rail font tous le même travail avec un montage, une isolation et une densité de voies différents. L'entrée est généralement configurable plutôt que figée, si bien qu'une gamme de types de capteurs est couverte par le même module, l'entrée étant réglée à la commande ou sur site.
Les acheteurs arrivent au transmetteur par l'un ou l'autre bout. Du côté capteur, c'est la réponse à une longue liaison ou à un environnement bruité. Du côté système, c'est l'adaptateur qui permet à une carte d'entrée d'automate existante de lire une température, et ce sont alors la forme de sortie, l'isolation et la charge qu'il faut régler plutôt que le capteur.
Comment mesure un transmetteur de température
La chaîne de mesure commence à l'élément. Un élément résistif se lit en le traversant par un faible courant d'excitation et en mesurant la tension qui en résulte ; le courant est maintenu faible pour que la puissance qu'il dissipe dans l'élément n'élève pas sa température au point de fausser la mesure. Un thermocouple se lit comme une tension et, comme cette tension est générée entre la soudure de mesure et les bornes où aboutissent les fils, la température de ces bornes doit être mesurée et compensée.
Le signal est ensuite linéarisé et mis à l'échelle. Une sonde à résistance suit une courbe publiée et un thermocouple suit un polynôme propre à son type de lettre, et le transmetteur porte la linéarisation que l'appareil récepteur devrait sinon effectuer. La résolution de l'étage d'entrée et l'exactitude du transmetteur sont deux grandeurs différentes : un convertisseur bien plus résolu que la valeur d'exactitude est normal, car la résolution doit être non limitante plutôt qu'accordée à l'exactitude spécifiée.
L'étage de sortie alimente une boucle de courant. Dans une disposition à deux fils, la même paire de conducteurs porte l'alimentation et le signal, et le courant appelé par le transmetteur constitue la mesure : le transmetteur doit donc fonctionner avec la tension qui reste une fois la résistance de boucle servie. Le bilan de boucle est donc une contrainte réelle : tension d'alimentation, tension de service minimale du transmetteur, résistance de réception et résistance du câble s'additionnent, et le point à partir duquel le transmetteur ne peut plus atteindre 20 mA est celui où la disposition cesse de fonctionner. C'est pourquoi la charge et l'alimentation sont exprimées ensemble sur un transmetteur et pourquoi une charge plus lourde raccourcit la longueur de câble admissible.
Deux autres points décident si l'installation mesure ce qu'elle doit mesurer. Le premier est l'emplacement de la soudure froide : un transmetteur monté en tête de capteur effectue sa propre compensation à côté des bornes, tandis qu'un transmetteur monté en armoire compte sur un câble de compensation qui l'atteint. Le second est l'isolation. Là où le capteur touche du métal mis à la terre, ou là où plusieurs voies sont lues par une même carte, un transmetteur ou un isolateur qui sépare l'entrée de la sortie empêche la boucle de porter un chemin entre des points qui ne devraient pas être reliés.
Choix de configuration
L'essentiel de la spécification est déterminé par ces décisions plutôt que par la classe d'exactitude. Chacune contraint la suivante, c'est pourquoi elles sont tranchées dans l'ordre.
| Décision | Options à fixer | Ce que cela détermine réellement |
| Type d'entrée | Types d'éléments résistifs et types de lettres de thermocouples, généralement choisis en configuration plutôt que par le matériel | Les capteurs que le module peut lire. L'entrée doit correspondre au capteur utilisé : un module configuré pour une famille rapporte une valeur plausible et fausse venant de l'autre. |
| Circuit d'entrée | Deux, trois ou quatre fils pour un élément résistif ; fil de thermocouple direct pour un thermocouple | La part de résistance de ligne qui reste dans la mesure. Sur un élément résistif, un montage à deux fils ajoute les conducteurs à l'élément et apparaît comme un décalage fixe ; un montage à trois fils annule des conducteurs identiques. |
| Forme de sortie | Boucle 4-20 mA à deux fils, tension à trois fils, ou disposition à quatre fils alimentée par la boucle ou séparément | Ce que l'appareil récepteur peut accepter et le nombre de conducteurs nécessaires à l'installation. Le deux fils est la réponse habituelle en procédé et celle que la plupart des cartes d'entrée attendent. |
| Montage | Module en tête de capteur, module pour rail DIN, boîtier de terrain avec entrées de câble, ou rangée d'isolateurs à plusieurs voies | L'endroit où la conversion a lieu et donc celui où se trouvent la soudure froide et les perturbations. Un transmetteur en tête raccourcit le trajet du signal faible ; un module sur rail concentre les voies dans l'armoire. |
| Isolation | Aucune, entrée vers sortie, ou entrée, sortie et alimentation toutes séparées | Le fait qu'un chemin existe entre le circuit du capteur et celui du contrôle. L'isolation galvanique est ce qui rend un capteur flottant lisible et ce qui empêche plusieurs voies d'interférer entre elles. |
| Étendue assignée | La plage de température transposée sur la sortie, réglée à la commande et généralement ajustable | La résolution disponible sur la plage de travail et ce qui se passe en dehors. Une étendue étroite résout finement et écrête plus tôt ; une étendue large n'écrête jamais et résout grossièrement. |
Comment choisir un transmetteur de température
| Critère | Comment le fixer avant de nous consulter | Pourquoi il décide de la réponse |
|---|
| Le capteur utilisé | Nommez le type d'élément et le raccordement : un Pt100 en trois fils, un Pt1000 en deux, un thermocouple type K. | La configuration d'entrée en découle, ainsi que le nombre de conducteurs. Se tromper ici est la raison la plus fréquente pour laquelle un transmetteur affiche une valeur proche mais inexacte. |
| Le bilan de boucle | Additionnez la résistance de réception, la résistance du câble et la tension de service minimale du transmetteur, puis vérifiez que l'alimentation peut encore piloter 20 mA. | C'est le calcul qui décide si un transmetteur à deux fils fonctionnera du tout. Une résistance de réception plus lourde ou une liaison plus longue peut placer la disposition hors de portée de l'alimentation, et le symptôme est une mesure qui cesse de monter en haut de plage. |
| L'étendue assignée | Réglez l'étendue sur la plage de travail du procédé plutôt que sur la plage complète du capteur. | La résolution de sortie se répartit sur l'étendue : une étendue plus serrée résout donc mieux à l'intérieur. Le prix à payer est que tout ce qui sort de l'étendue n'est plus représenté, et que la valeur de saturation doit être distinguable d'une mesure réelle. |
| L'endroit où la conversion a lieu | Choisissez entre un transmetteur en tête de capteur et un module en armoire ou sur rail. | Un appareil en tête effectue sa compensation aux bornes et raccourcit le trajet du signal faible. Un module sur rail convient à de nombreuses voies au même endroit et à une liaison de compensation existante. |
| Exigence d'isolation | Établissez si le capteur touche du métal mis à la terre et si plusieurs voies partagent une carte d'entrée. | L'isolation sépare des circuits qui seraient sinon reliés par la boucle. Là où la sonde est soudée à une cuve ou à la machine, elle n'est généralement pas facultative. |
| Environnement | Indiquez la température ambiante au poste de montage, l'humidité, et si le lieu est classé ou soumis au lavage au jet. | Un transmetteur en tête se trouve du côté chaud et voit la température du procédé à travers la tête ; un appareil en armoire voit l'armoire. Les deux ont des limites inférieures à celles du capteur qu'ils servent. |
Les alternatives les plus proches
Ce sont les types que recouvre généralement une demande pour un transmetteur de température, et le moment où le choix se décide vraiment.
| Alternative la plus proche | Ce qui la distingue d'un transmetteur de température |
| Sondes de température à résistance | Elles effectuent la mesure. Un transmetteur ne comporte aucun élément sensible : les deux se spécifient donc généralement ensemble, le capteur déterminant la plage et l'exactitude, et le transmetteur déterminant l'allure du signal à l'arrivée. |
| Thermocouples | Ils génèrent la tension que le transmetteur lit, et constituent le capteur qui a le plus besoin d'un transmetteur parce que son signal est faible et que sa soudure froide doit être traitée. Sur une liaison courte avec un instrument proche, le thermocouple est câblé directement et aucun transmetteur n'est monté. |
| Détecteurs de température à résistance | L'élément résistif nu, fourni comme pièce à fils. Il entretient avec un transmetteur la même relation qu'une sonde complète : le transmetteur le lit, et lorsque l'élément est fourni sans tête de raccordement, le transmetteur est généralement monté à distance. |
| Indicateurs de température | Ils affichent la valeur au lieu de la convertir. Un indicateur reçoit un signal de boucle ou de capteur et le montre ; un transmetteur produit le signal de boucle qu'un indicateur lirait, et beaucoup d'instruments de tableau cumulent les deux rôles. |
| Détecteurs de température | Ils donnent un contact à un seuil plutôt qu'une valeur continue, et se choisissent pour les asservissements plutôt que pour la mesure. Lorsqu'une mesure et un déclenchement sont tous deux nécessaires, la mesure vient d'un transmetteur et le déclenchement est une fonction distincte. |
| Régulateurs de température | Ils lisent le capteur et pilotent un chauffage ou un refroidissement vers un point de consigne. Un régulateur prend généralement le capteur directement, si bien qu'un transmetteur n'est ajouté devant lui que lorsque la liaison est longue ou que le signal doit être partagé. |
Le transmetteur se choisit en dernier et c'est lui qui rend la première réponse chiffrable. Indiquez le capteur, la charge de boucle, l'alimentation et le poste de montage, et le reste suit.
Ce qu'il faut inclure dans la demande
La première réponse peut être un devis plutôt qu'une série de questions si la demande contient ces éléments. Lorsqu'un chiffre est inconnu, envoyez la description de l'usage et nous confirmerons ce qu'il implique.
- Type de capteur et nombre de conducteurs qu'il utilise
- Plage de température et étendue de sortie assignée
- Exactitude exigée et norme à laquelle elle est exprimée
- Forme de sortie et appareil récepteur, avec son impédance d'entrée
- Tension d'alimentation disponible au poste de montage
- Longueur de câble et section de conducteur déjà installée
- Poste de montage : tête de capteur, rail DIN, boîtier de terrain ou rangée d'isolateurs
- Nombre de voies, et possibilité pour les entrées de partager un retour commun
- Isolation et exigence éventuelle de zone explosive
- Quantité, port de destination et date de livraison requise
