¿Cuál es el principio de un transmisor de temperatura?

Como proveedor de transmisores de temperatura, a menudo me preguntan sobre los principios detrás de estos dispositivos esenciales. Los transmisores de temperatura desempeñan un papel crucial en una amplia gama de industrias, desde la fabricación y el control de procesos hasta el monitoreo ambiental y los sistemas HVAC. Comprender cómo funcionan es clave para tomar decisiones informadas cuando se trata de seleccionar el transmisor de temperatura adecuado para sus necesidades específicas.

Concepto básico de transmisores de temperatura

En esencia, un transmisor de temperatura es un dispositivo que convierte una medición de temperatura en una señal eléctrica. Luego, esta señal se puede transmitir a un sistema de control, una unidad de visualización u otro equipo de monitoreo para su posterior procesamiento y análisis. El principio básico implica utilizar un sensor de temperatura para detectar la temperatura y luego convertir esa cantidad física en eléctrica.

Existen varios tipos de sensores de temperatura comúnmente utilizados en transmisores de temperatura, cada uno con su propio principio de funcionamiento. Los más populares incluyen termopares, detectores de temperatura de resistencia (RTD) y termistores.

Termopares

Los termopares se basan en el efecto Seebeck, que fue descubierto por Thomas Johann Seebeck en 1821. El efecto Seebeck establece que cuando dos metales diferentes se unen en dos uniones y hay una diferencia de temperatura entre estas uniones, se genera una fuerza electromotriz (EMF).

En un termopar, una unión está expuesta a la temperatura que se mide (la unión de medición), mientras que la otra se mantiene a una temperatura de referencia conocida (la unión de referencia). El EMF generado es proporcional a la diferencia de temperatura entre las dos uniones. Conociendo la temperatura de referencia y midiendo la FEM, se puede determinar la temperatura en la unión de medición.

Los termopares se utilizan ampliamente porque son relativamente económicos, tienen un amplio rango de temperaturas y son resistentes. Sin embargo, requieren una compensación de la temperatura de la unión fría, lo que normalmente se realiza electrónicamente en los transmisores de temperatura modernos.

Detectores de temperatura de resistencia (RTD)

Los RTD funcionan según el principio de que la resistencia eléctrica de un metal cambia con la temperatura. La mayoría de los RTD están hechos de platino, aunque también se pueden utilizar otros metales como níquel y cobre. Se prefieren los RTD de platino debido a su alta precisión, estabilidad y amplio rango de temperaturas.

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La resistencia de un RTD aumenta linealmente con la temperatura de acuerdo con una relación temperatura-resistencia conocida. Por ejemplo, la resistencia de un RTD de platino a 0°C suele ser de 100 ohmios (PT100) o 1000 ohmios (PT1000). Midiendo la resistencia del RTD, se puede calcular la temperatura.

Para medir la resistencia con precisión, se pasa una corriente constante a través del RTD y se mide el voltaje a través de él. A continuación, el transmisor de temperatura utiliza esta medición de tensión para determinar la resistencia y convertirla en un valor de temperatura.

Termistores

Los termistores son dispositivos semiconductores cuya resistencia cambia significativamente con la temperatura. A diferencia de los RTD, que tienen un coeficiente de temperatura positivo (PTC), muchos termistores tienen un coeficiente de temperatura negativo (NTC), lo que significa que su resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura.

Los termistores son muy sensibles a los cambios de temperatura, lo que los hace adecuados para aplicaciones donde se requieren mediciones de temperatura de alta sensibilidad. Sin embargo, su rango de temperatura es relativamente limitado en comparación con los termopares y RTD, y su relación resistencia-temperatura es altamente no lineal. Los transmisores de temperatura que utilizan termistores necesitan realizar un procesamiento de señal complejo para linealizar la salida y determinar con precisión la temperatura.

Conversión y transmisión de señales

Una vez que el sensor de temperatura ha detectado la temperatura y la ha convertido en una cantidad eléctrica (como voltaje o resistencia), el transmisor de temperatura necesita convertir esta señal en una señal de salida estándar que otros equipos puedan transmitir y procesar fácilmente.

Las señales de salida más comunes para transmisores de temperatura son señales de corriente de 4 a 20 mA y señales de voltaje de 0 a 10 V. Estas señales estándar se utilizan ampliamente en sistemas de control industrial porque son menos susceptibles a interferencias y pueden transmitirse a largas distancias.

Para convertir la señal del sensor en una señal de 4 - 20 mA o 0 - 10 V, el transmisor de temperatura utiliza circuitos de acondicionamiento de señal. Estos circuitos amplifican, filtran y linealizan la señal del sensor y luego la convierten en la señal de salida deseada.

Por ejemplo, en un transmisor de temperatura que utiliza un RTD PT100, la resistencia medida se convierte primero en una señal de voltaje mediante un circuito puente. Luego, esta señal de voltaje se amplifica y linealiza para que coincida con el rango de temperatura de la aplicación. Finalmente, la señal de voltaje linealizada se convierte en una señal de corriente de 4 a 20 mA utilizando un circuito generador de corriente.

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