Selección de tipos de instrumentación de temperatura
Según sus principios operativos, los instrumentos de control y medición de temperatura se pueden clasificar en tres categorías: analógicos (tipo puntero-), digitales e inteligentes.
Los instrumentos analógicos están representados principalmente por medidores de bobina-móviles tradicionales. Caracterizados por su estructura simple y bajo costo, siguen utilizándose en entornos industriales; sin embargo, adolecen de una baja precisión de medición-típicamente Clase 1 a Clase 2.5 y son propensos a errores de lectura importantes. Además, al carecer de salidas de transmisor, son cada vez más sustituidos por instrumentos digitales.
Los instrumentos digitales-como los medidores de pantalla digital ampliamente utilizados-ofrecen una mejora sustancial en la precisión de las mediciones en comparación con sus homólogos-de bobina móvil, alcanzando normalmente una precisión del 0,5%. Sus pantallas digitales son precisas e intuitivas, lo que elimina la posibilidad de error de lectura humana. La mayoría emplea modos de control de dos-o tres-posiciones, aunque un número menor también cuenta con capacidades de ajuste continuo PID analógico.
Con la integración de microprocesadores de un solo-chip en la instrumentación, la estructura, el rendimiento y la estética de estos dispositivos han experimentado una profunda transformación, permitiendo funcionalidades que antes eran inimaginables para los instrumentos analógicos. Estos instrumentos digitales "inteligentes" no sólo realizan las funciones estándar de detección, conversión de señales, visualización y control, sino que también incorporan características avanzadas como control programado, auto-diagnóstico de fallas, comunicación de datos y telemetría y control remotos, cumpliendo así con los requisitos para la integración en redes informáticas.
Selección de rango de medición y precisión
De manera similar al proceso para seleccionar el rango de transmisores de temperatura discutido en la sección anterior, la selección del rango de medición de un instrumento debe guiarse por los parámetros operativos reales. Es recomendable dejar un cierto margen-tanto por encima como por debajo de los límites operativos esperados-para garantizar que los datos de medición permanezcan dentro del rango del instrumento prácticamente en todas las circunstancias. Sin embargo, se debe evitar seleccionar un rango excesivamente amplio, ya que hacerlo puede comprometer tanto la precisión como la resolución de la medición.
Al seleccionar el nivel de precisión de un instrumento, se debe tener debidamente en cuenta el tipo de elemento sensor de temperatura-con el que se emparejará. Si el instrumento se va a combinar con un termómetro de resistencia de molibdeno de alta-precisión, una precisión correspondientemente mayor del instrumento-como 0,2% a 0,5%-es apropiada. Por el contrario, si se combina con un termopar de grado industrial-, una precisión del instrumento del 0,5 % suele ser suficiente.
Adaptabilidad ambiental
La instrumentación debe poseer una adaptabilidad sólida a las diferentes condiciones ambientales. Generalmente, un instrumento debe poder funcionar normalmente dentro de un rango de temperatura de -10 grados a 50 grados, a una humedad relativa de menos del 85 % de HR y bajo fluctuaciones del suministro de energía de ±(10–15) %. Además, debería demostrar una fuerte inmunidad a las interferencias tanto en modo común-como en modo serie.
Métodos de control
El control on-off presenta una estructura simple; solo requiere la configuración externa de un contactor de CA o un relé de estado sólido-para funcionar, y el mantenimiento y la reparación de rutina son relativamente simples y convenientes. Sin embargo, su rendimiento de retención de temperatura-es relativamente pobre y presenta fluctuaciones de temperatura inherentes; sin embargo, sigue siendo adecuado para una gran cantidad de aplicaciones industriales donde los requisitos no son particularmente estrictos. El control PID, el PID de autoajuste y otros métodos de control continuo son adecuados para aplicaciones con altas demandas de estabilidad de temperatura, aunque tienen un costo mayor. Los componentes de accionamiento para el control continuo adoptan varias formas, con ejemplos comunes que incluyen activación por cambio de fase-, regulación de salida de corriente-estándar y modulación del ciclo de trabajo-. La activación del cambio de fase-tiene una larga historia en la regulación de energía; sus ventajas incluyen ajuste continuo y alta precisión. Sin embargo, debido a que no se inicia con corriente cero, la tasa de cambio de corriente (di/dt) es muy alta, lo que provoca graves interferencias en la red eléctrica; en consecuencia, ya no se emplea en sistemas de control de alta-potencia y se utiliza principalmente en aplicaciones de baja-potencia que requieren un control de temperatura preciso. La regulación de salida de corriente-estándar requiere la conexión a un regulador de potencia de tiristor externo (controlador de potencia SCR); Dependiendo de los requisitos, se pueden seleccionar tipos de activación de cruce por cero-o sin-cruce por cero-, lo que lo hace adecuado para regulación y control industrial de alta-potencia. El método de modulación del ciclo de trabajo-requiere solo la conexión externa de un único relé-de estado sólido para lograr un control de alta-potencia y aislamiento eléctrico entre el circuito de control de bajo-voltaje y el circuito de alimentación de alto-voltaje; su estructura simple y confiable ha llevado a su aplicación generalizada en los sistemas de control de temperatura de varios tipos de equipos.
Ejemplos de selección de instrumentos de temperatura
(1) Control de temperatura del horno: el rango de control de temperatura del horno requerido es de 300 grados a 1000 grados. El sistema de calefacción utiliza cables de resistencia trifásicos-de 380 V con una potencia de salida total de 50 kW y la tolerancia a la fluctuación de temperatura requerida es de aproximadamente ±5 grados.
Recomendación: seleccione un instrumento de control y medición con pantalla-digital y dos-posiciones (encendido-apagado) que utilice un termopar tipo K. El rango de medición del instrumento debe ser de 0 grados a 1200 grados, con una resolución de 1 grado y una histéresis de conmutación del relé (banda muerta) de 1 grado a 2 grados. Al seleccionar un termopar tipo K, se garantiza un funcionamiento confiable-a largo plazo a temperaturas de hasta 1000 grados. Con este esquema de control de encendido-apagado, solo se requiere un único contactor de CA trifásico externo-para su funcionamiento. Dado un rango de conmutación de contacto de control de ±(1–2) grados -y teniendo en cuenta el retraso inherente en la medición de la temperatura del horno-, la fluctuación real de la temperatura del horno se puede mantener efectivamente dentro del rango de tolerancia especificado.
(2) Control de cámara de temperatura-constante: el rango de control y medición de temperatura especificado es de 100 grados a 400 grados, utilizando calentamiento por resistencia monofásico-de 220 V con una potencia de salida de 3 kW; la estabilidad de temperatura requerida es ±0,5 grados.
Según este requisito de estabilidad de la temperatura, un simple control de encendido/apagado (posicional) no es suficiente para cumplir con las especificaciones de temperatura constante-necesarias. Por lo tanto, se debe seleccionar el instrumento de control y medición de temperatura TMC300 (fabricado por el Instituto de Investigación Científica de Instrumentos de Shenyang)-o un producto similar-. Este instrumento emplea una resistencia de molibdeno como elemento sensor de temperatura, presenta un rango de medición y control de -50,0 grados a 600,0 grados con una resolución de 0,1 grados y una precisión de medición del 0,2 %, y utiliza un método de modulación de ciclo de trabajo-continuo para el control. En cuanto a componentes externos, solo requiere la conexión de un relé de estado sólido-monofásico de 30 A/220 V-. Cuando se aplica al control de temperatura de una cámara cerrada de temperatura constante, la estabilidad de temperatura resultante puede alcanzar un nivel de ±(0,1–0,3) grados.