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Transmissores

Os transmissores medem quantidades físicas de sinais de sensores como temperatura, curso, ângulo, pressão ou força. Possuem isolamento galvânico e convertem os sinais de entrada em sinais analógicos convencionais para a saída (0 a 20 mA, 4 a 20 mA ou 0 a     10 V). Esses sinais convencionais podem ser transmitidos para indicadores, registradores e/ou controladores padronizados como DCSs e podem ser usados para fins de controle.

2.1 Medição de Temperatura com Termômetros de Resistência e Termopares

Em muitos campos industriais, a temperatura é um parâmetro importante a ser controlado. Aqui os sensores mais importantes são os termômetros de resistência e os termopares.

Os termômetros de resistência são sensores de temperatura altamente precisos e com estabilidade duradoura. Ele medem temperaturas usando a dependência de temperatura dos resistores elétricos. Os termômetros de resistência são usados principalmente para medir temperaturas baixas e médias como, por exemplo, em condicionamento de ar, engenharia de processo e na indústria de alimentos.

Os termômetros de resistência mais comuns são o Pt100, o Pt1000 e o Ni100. A primeira parte da designação representa o material do resistor, a segunda parte especifica a resistência em ohms a 0 °C. Assim, por exemplo, Pt100 significa: termômetro de resistência feito de platina e com resistência de 100 Ω na temperatura de 0 °C.

Os transmissores ThermoTrans® 205/206, A 20210 e P 32100 bem como o PolyTrans® P 32000 aceitam todos os termômetros de resistência comuns com configuração a 2, 3 ou 4 fios (ver Fig. 11).

Conexão de termômetros de resistência

Fig. 11 – Conexão de termômetros de resistência

Termopares

Os termopares usam o efeito Seebeck (referente ao físico T. J. Seebeck), que diz que uma junta de dois metais não similares produz uma tensão elétrica que é influenciada pela diferença entre a temperatura da junta de referência e a temperatura do ponto de medição (ver Fig. 12). Quando a tensão termoelétrica VT é medida usando um transmissor adequado e quando a temperatura da junta de referência é conhecida, a temperatura no ponto de medição pode ser determinada com base na característica do termopar usado. Esse cálculo geralmente é feito no transmissor de temperatura.

Termopar e junta de referência


Fig. 12 – Termopar e junta de referência

A temperatura da junta de referência pode ser medida ou ajustada por termostato. Na prática, a medição é feita “internamente” (junta de referência dentro do transmissor de temperatura) ou “externamente” (junta de referência e sensor de temperatura da junta, como, por exemplo, um Pt100, fora do transmissor).

A tensão causada pelo efeito termoelétrico é muito baixa – apenas alguns microvolts por Kelvin. Para se obter um sinal de medição à prova de interferências, os termopares são usados preferencialmente para altas temperaturas (por exemplo, em fornalhas, fundições e extrusoras de plástico). Uma variedade de pares de metais foi testada para a produção de termopares práticos. A padronização subsequente resultou numa gama manejável de termopares padronizados com pares de materiais definidos. Eles servem para medição de temperatura da maioria das aplicações industriais. As características e as tolerâncias admissíveis dos termopares são definidas internacionalmente pela norma IEC 584-1 e pela DIN 43710, que não é mais válida e deve ser aplicada somente em indústrias antigas.

IEC 584-1, EN 60584-1

Tipo J Ferro/Constantan
(Fe/CuNi)

Tipo T Cobre/Constantan
(Cu/CuNi)

Tipo K Níquel Cromo/Níquel
(NiCr/Ni)

Tipo E Níquel Cromo/
Constantan (NiCr/CuNi)

Tipo N Nicrosil/Nisil (NiCrSi/NiSi)

Tipo S Platina Ródio/
Platina (Pt10Rh/Pt)

Tipo R Platina Ródio/
Platina (Pt13Rh/Pt)

Tipo B Platina Ródio/
Platina (Pt30Rh/Pt6Rh)

DIN 43710 (não é mais válida)

Tipo L Ferro/Constantan
(Fe/CuNi)

Tipo U (Cu/CuNi)

Termopares para altas temperaturas como W3Re/W25Re (tungstênio 3% rênio/tungstênio 25% rênio) ou W5Re/W26Re (tungstênio 5% rênio/tungstênio 26% rênio) ainda não foram normatizados. Suas características são especificadas em ASTM E 988-96.

Os transmissores ThermoTrans® 210/211, P 32100 e PolyTrans® P 32000 da Knick podem processar sinais de todos os termopares comuns.

2.2 Medições de Força com Strain Gauges

Força, peso, torque, tensão mecânica e os parâmetros resultantes podem ser medidos utilizando-se strain gauges. Eles usam o efeito “uma mudança no comprimento de um condutor causada por uma tensão produz uma mudança proporcional em sua resistência elétrica”. Em um transmissor de strain gauge essa mudança de resistência é detectada como medição de esforço, força, etc. e então é convertida em um sinal convencional para exibição e posterior processamento. Em aplicações práticas da indústria, o peso de enchimento de um recipiente, por exemplo, é medido por células de carga (sensores de força, transdutores de força), que geralmente possuem pontes completas de strain gauge integradas.  A sensibilidade da ponte é especificada como nível de sinal na saída da ponte, em milivolts, em relação à tensão de excitação em volts, isto é, por exemplo, 2 mV/V.

Quando a sensibilidade é conhecida como, por exemplo, de um certificado de calibração do fabricante do sensor, ela é ajustada no transmissor. Se for conhecida apenas a sensibilidade nominal, a sensibilidade real pode ser encontrada por calibração com uma carga mecânica definida. Da mesma forma o ponto zero pode ser ajustado no transmissor usando uma função de tara.

A ponte de strain gauge pode ser conectada na configuração a 4 fios (ver Fig. 13). Se o erro causado pelas linhas de excitação tiver que ser reduzido, deve-se usar então a configuração a 6 fios. Aqui, a tensão de excitação da ponte é medida através de linhas separadas, praticamente sem corrente e, portanto, livre de falhas.

Na prática, também os sensores com 6 linhas são usados com transmissores a 4 fios, combinando-se 2 linhas de excitação de cada. Alternativamente, uma alimentação externa pode ser usada para aproveitar a conexão a 6 fios (ver Fig. 13).

Alimentação de strain gauges

Fig. 13 – Alimentação de strain gauges

Os transmissores SensoTrans® DMS A 20220 e P 32200 e também o PolyTrans® P 32000 da Knick foram projetados para sensores strain gauge convencionais. A sensibilidade e o ponto zero de sensores calibrados podem ser ajustados no instrumento usando as chaves rotativas ou o software de parametrização Paraly® SW 111. Uma função de tara para ajustar o ponto zero pode ser ativada com um botão no instrumento ou no software. De modo similar, a sensibilidade do sensor pode ser calibrada com uma carga definida “ao toque de um botão”.

2.3 Medições de Curso e Ângulo com Potenciômetros

Entre outros, os sensores potenciométricos são usados para detecção de movimentos lineares ou rotativos. Os sensores potenciométricos de curso e ângulo contêm elementos de resistência feitos de material plástico condutivo ou elementos de resistência espiralados com contatos deslizantes. Os transmissores potenciométricos determinam a proporção de resistência produzida pelo contato deslizante de modo que sua posição pode ser detectada e transmitida na saída como sinal convencional. Os transdutores de resistência são usados para especificação de setpoint em veículos sobre trilhos, navios, durante a produção industrial e em muitas áreas de engenharia de máquinas e aparelhos. Os sensores resistivos são usados para detecção do valor real de atuadores, para medir distâncias ou espessuras e para várias tarefas de medição de posição. Os transmissores SensoTrans® R A 20230 e P 32300 e também o PolyTrans® P 32000 da Knick detectam potenciômetros de até 50 kΩ  na configuração a 3 fios ou 4 fios. A faixa de movimento a ser mapeada na faixa do sinal de saída pode ser ajustada facilmente usando um botão do instrumento ou o software Paraly® SW 111.

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