Módulo transmissor de temperatura

Um módulo transmissor de temperatura recebe o sinal bruto de um RTD ou de um termopar e o transforma em um sinal padrão de malha que o resto de um sistema de controle consegue ler. Ele existe porque as duas famílias de sensores produzem sinais que um cartão de entrada de PLC, um registrador ou um indicador de painel não usam diretamente: um RTD devolve uma resistência pequena que depende do comprimento dos fios, e um termopar devolve algumas dezenas de milivolts que dependem da temperatura dos terminais tanto quanto da temperatura medida. Condicionar esse sinal no sensor, e não na outra ponta de um cabo longo, é para o que serve o módulo.

O módulo desta página é um arranjo de dois fios com alimentação de 24 VDC, saída de 4-20 mA como padrão e uma versão de 0-10 V sobre a mesma carcaça. As entradas cobrem os elementos de resistência de platina e de cobre usuais e oito tipos de termopar, com tipos de tungstênio-rênio e Pt1000 disponíveis sob encomenda, e a cifra de exatidão declarada no material é 0,2 %FS. A base é de 44×40 mm, com bloco de terminais de passo de 8 mm, dois potenciômetros de ajuste e parafusos de fixação M3×5, e a carcaça é de nylon antichama PA66.

Como o tipo de entrada é uma configuração, e não um instrumento à parte, um único tipo de módulo atende uma faixa larga de temperaturas de processo: a mesma carcaça cobre um Pt100 a -200 °C e um termopar tipo B a 1800 °C, mudando apenas na entrada ajustada no pedido e na extensão de saída atribuída a ela.

Como funciona um transmissor de temperatura

A cadeia de medição começa no elemento. Um elemento de resistência é lido fazendo passar por ele uma pequena corrente de excitação e medindo a tensão resultante; o material dá essa corrente como 0,2 mA, baixa o bastante para que o autoaquecimento no elemento fique pequeno. Um termopar é lido como tensão e, como essa tensão é gerada entre a junção quente e os terminais em que os fios chegam, a temperatura dos terminais precisa ser conhecida e compensada. É essa compensação que faz um termopar ser ligado a um transmissor com o fio de termopar correto, e não com cobre: juntas de cobre introduzem tensões próprias no ponto em que o fio de termopar termina.

O sinal é então linearizado e escalonado. Um RTD segue uma curva publicada e um termopar segue um polinômio do seu tipo, e a etapa de medição resolve o sinal entrante com finura suficiente para que a linearização não seja o erro limitante: o material fornecido declara um conversor sigma-delta de 24 bits, o que é muito mais resolução do que a cifra de exatidão de 0,2 %FS exige. Resolução e exatidão são grandezas diferentes, e é a cifra de exatidão, junto com o coeficiente de temperatura, que descreve o que o módulo realmente entrega.

O estágio de saída aciona uma malha de corrente. Em um arranjo de dois fios, o mesmo par de fios leva a alimentação e o sinal, e a corrente consumida pelo módulo é a medição, de modo que o módulo tem de funcionar com a tensão que sobra depois que a resistência da malha tomou a sua parte. É por isso que carga e alimentação estão ligadas: uma carga de 250 Ω ou 500 Ω mais a resistência do cabo é o que a alimentação de 24 VDC tem de acionar, e o material declara um limite para a resistência dos fios por esse motivo, e não como recomendação de cabo.

Dois potenciômetros ficam no módulo, um para o zero e outro para a extensão. Eles existem porque o transmissor é o ponto da malha em que o conjunto instalado pode ser ajustado: a tolerância do elemento, a resistência dos fios e o resistor de malha terminam todos como um único deslocamento e um único erro de ganho, e os dois podem ser corrigidos no módulo contra um termômetro de referência.

Como escolher o transmissor certo

Comece pelo sensor, porque o tipo de entrada é fixo para o módulo. Um Pt100 é a escolha usual onde a temperatura precisa ser defensável e fica dentro da sua faixa; um termopar assume o lugar onde a temperatura é alta o bastante, ou o ponto é pequeno o bastante, para que um elemento de resistência seja inviável. O material lista Pt100, Cu50, Cu100 e Pt1000 no lado da resistência, e os tipos B, E, J, K, N, R, S e T, mais WRe3-25 e WRe5-26, no lado do termopar.

Depois, a extensão de saída, que é a decisão que mais afeta a leitura na prática. A malha de 4-20 mA leva uma faixa de corrente fixa, e a extensão atribuída a ela decide quanta temperatura cada miliampere representa. Atribuir uma extensão estreita em torno da faixa de trabalho dá uma leitura mais fina nessa faixa, mas tudo o que estiver fora dela é cortado. O material lista as extensões atribuíveis de -20-60 °C até 0-600 °C, nos degraus dados na tabela de seleção, e uma marcação de 0-100 °C aparece na versão de 0-10 V.

Depois, a malha em si. A alimentação é de 24 VDC e a carga é declarada como 250 Ω ou 500 Ω, com um limite de resistência dos fios a respeitar. Onde o percurso é longo, ou o instrumento receptor apresenta uma carga maior, é a tensão disponível no módulo que restringe o arranjo, e o material oferece uma construção sob encomenda onde a resistência dos fios em um percurso de Pt100 excede 35 Ω.

Depois, o ambiente e a montagem. O material dá uma faixa de operação de -30 a 80 °C na tabela de parâmetros, mas descreve -20 a +60 °C como a faixa de trabalho usual, e lista também uma faixa de transporte e armazenamento de -40 a 120 °C. A carcaça é uma base de 44×40 mm com parafusos M3×5, o que serve a um painel ou a um invólucro de campo, e não a uma parede.

Por fim, a sonda correspondente. O material documenta sondas para acompanhar o módulo, entre as quais um Pt100 enrollado de φ4×30 mm em um fio à prova de água de 0,5 m, um Pt100 plano de 7,5×20×3,6 mm, uma versão roscada à prova de água em fio de 1,5 m com rosca M6×1, e uma versão de alta temperatura com rosca M12×1 indicada até 420 °C. O isolamento dos fios não é o mesmo entre essas opções, e só os fios trançados de aço inoxidável têm a indicação de alta temperatura.

Limites e pontos a confirmar

A declaração de exatidão precisa de uma referência para ser significativa. 0,2 %FS é uma porcentagem da extensão atribuída, e não da temperatura medida, de modo que uma extensão de 0-600 °C e uma de 0-50 °C produzem erros absolutos bem diferentes a partir da mesma cifra. O material não declara padrão de referência por trás dela, então a cifra deve ser lida como especificação do fornecedor e confirmada contra um certificado onde a aplicação depende dela.

As duas cifras de coeficiente de temperatura não são conciliadas. Um valor geral de ≤25 ppm/°C FS e um valor próprio do Pt100 de ≤250 ppm/K FS em uma extensão de 100 °C diferem por uma ordem de grandeza, e o material não diz a quais entradas o valor geral se aplica. Onde o módulo trabalha longe da temperatura de calibração, essa diferença importa mais do que a cifra de exatidão, e, até que ela seja resolvida, o valor mais amplo é o seguro a assumir.

Alguns limites do material pedem leitura atenta. O limite de resistência dos fios é dado como inferior a 80 Ω tanto para uma carga de 500 Ω quanto para uma de 250 Ω, o que é incomum: a resistência de fio admitida costuma cair conforme a carga sobe, porque as duas consomem a mesma tensão da malha. A cifra foi sinalizada, e não publicada como dois limites verificados separados. O limite de corrente de saída de 20,3 mA é, do mesmo modo, uma cifra de saturação, e não um ponto de trabalho.

Vários parâmetros que uma especificação costuma declarar estão ausentes: grau de proteção, limites de umidade, tensão de isolamento entre entrada e saída e estabilidade de longo prazo. Eles aparecem nesta página como Informação necessária, e não estimados. O material também declara que os componentes são importados, sem nomear uma classe ou uma origem, o que não é publicado aqui porque não pode ser comprovado pelo documento fornecido.

Dois pontos práticos sobre o conjunto. O material declara que as sondas correspondentes são montadas à mão e podem trazer variação de medição, de modo que a sonda e o transmissor aos pares devem ser tratados como um conjunto a ajustar, e não como duas peças intercambiáveis de forma independente. E o produto não traz designação de modelo no documento fornecido: a identificação na carcaça é um rótulo de configuração, então um pedido deve declarar o tipo de entrada, a forma da saída e a extensão atribuída, e não um código.