Il trasmettitore di temperatura è uno strumento elettronico largamente utilizzato nel campo del controllo dei processi industriali. La sua funzione principale è convertire i segnali deboli rilevati dai sensori di temperatura (come termocoppie, resistori termici RTDS o termistori) in segnali di processo industriale standard (i più comuni sono segnali di corrente CC da 4-20 mA o segnali digitali), quindi trasmettere questo segnale a strumenti di visualizzazione, controller, sistemi di acquisizione dati o attuatori situati nella sala di controllo o a distanza.
Il principio di funzionamento di un trasmettitore di temperatura può essere riassunto nei seguenti passaggi chiave:
Percezione della temperatura e generazione del segnale grezzo:
Un sensore di temperatura (solitamente una termocoppia o un resistore termico come Pt100) entra in contatto diretto con il mezzo misurato per rilevarne le variazioni di temperatura.
Termocoppia (T/C): in base all'effetto Seebeck, quando c'è una differenza di temperatura tra due diversi metalli all'estremità di misurazione (estremità calda) e all'estremità di riferimento (estremità fredda), nel circuito verrà generato un potenziale termoelettrico (segnale di tensione a livello di millivolt-, mV) proporzionale alla differenza di temperatura.
Resistenza termica (RTD): come Pt100, basata sulla proprietà fisica secondo cui il valore di resistenza del conduttore metallico aumenta con l'aumentare della temperatura (coefficiente di temperatura positivo). I cambiamenti di temperatura fanno cambiare il suo valore di resistenza (ad esempio, è 100Ω a 0 gradi).
Termistori: in base alla caratteristica che il valore di resistenza dei materiali semiconduttori cambia in modo significativo con la temperatura, sono classificati in tipi con coefficiente di temperatura negativo (NTC) e coefficiente di temperatura positivo (PTC).
Condizionamento del segnale (passaggio chiave):
Amplificazione: il segnale originale generato dal sensore (tensione di livello MV-o variazioni di resistenza) è estremamente debole. Il circuito elettronico all'interno del trasmettitore lo amplifica prima linearmente ad un livello standard adatto per la successiva elaborazione.
Compensazione dell'estremità fredda (per termocoppie): Il potenziale termoelettrico generato da una termocoppia è una funzione della differenza di temperatura tra l'estremità calda e l'estremità fredda (estremità di riferimento, solitamente situata sul terminale interno del trasmettitore). Per ottenere una temperatura misurata accurata (rispetto a 0 gradi), il trasmettitore deve misurare la temperatura effettiva al suo terminale (temperatura dell'estremità fredda), calcolare il potenziale termoelettrico che deve essere compensato in base a questa temperatura e sovrapporlo (o un processo equivalente) al segnale originale, eliminando così l'errore causato dal cambiamento della temperatura dell'estremità fredda.
Linearizzazione: la relazione potenziale termoelettrico/resistenza-temperatura tra termocoppie e resistori termici non è una linea retta perfetta ma presenta un certo grado di non linearità. Il trasmettitore solitamente memorizza al suo interno la curva di linearizzazione corrispondente al tipo di sensore (o la calcola utilizzando una formula). Il segnale amplificato/compensato viene linearizzato per rappresentare direttamente e linearmente il valore di temperatura misurata.
Filtraggio-passa basso: rimuove il rumore ad alta-frequenza che potrebbe essere presente nel segnale (come interferenze elettromagnetiche, interferenze di vibrazione, ecc.) per migliorare la stabilità e la precisione del segnale.
Conversione del segnale
Converte il segnale analogico (tensione) che è stato condizionato (amplificato, compensato, linearizzato, filtrato) e rappresenta con precisione la temperatura misurata in un segnale di uscita standard industriale.
Il segnale di uscita più comunemente utilizzato è il segnale di corrente da 4-20 mA: il segnale di corrente convertito scorre attraverso il loop. La temperatura zero o il limite inferiore dell'intervallo corrisponde solitamente a 4 mA e la temperatura di fondo scala corrisponde a 20 mA. Perché 4-20 mA?
Offset zero 4 mA: può distinguere comodamente segnali bassi veramente efficaci (4 mA) da guasti della linea di disconnessione del sensore (0 mA).
Forte anti-interferenza: rispetto ai segnali di tensione, i segnali di corrente non sono sensibili ai cambiamenti nella resistenza del filo e alle cadute di tensione durante la trasmissione a lunga-distanza e hanno meno probabilità di essere disturbati dal rumore elettromagnetico.
Alimentazione a due-fili: molti trasmettitori adottano un design a due-fili, ovvero forniscono alimentazione e trasmettono segnali di corrente simultaneamente attraverso due fili. Il valore minimo di 4 mA garantisce il fabbisogno minimo di corrente operativa del trasmettitore (comunemente indicato come "punto zero attivo").
Trasmissione del segnale
Il segnale standard convertito (come 4-20 mA) viene trasmesso all'estremità remota tramite cavi. Grazie alle sue caratteristiche standardizzate, le sale di controllo o i PLC e altre apparecchiature possono ricevere ed elaborare direttamente questo segnale per:
Visualizzare il valore della temperatura (sul tavolo del pannello, stazione operatore DCS/SCADA).
Ingresso al controller (come un controller PID) per operazioni logiche e regolazione.
Memorizzato nel database storico o utilizzato per la valutazione degli allarmi.
Guida l'attuatore (se è richiesto il controllo-basato sulla temperatura).
