Las especificaciones técnicas de un convertidor de señal de temperatura constituyen una descripción cuantitativa completa de sus características de rendimiento, formando un sistema integral que abarca seis categorías principales: parámetros de precisión, ambientales, eléctricos, mecánicos, de comunicación y de seguridad. Una comprensión profunda de estos parámetros de especificación es fundamental para la selección científica, la aplicación correcta y la verificación del desempeño.
I. Especificaciones de precisión y rendimiento
Este es el grupo de parámetros principal que mide la capacidad de medición del convertidor.
1. Precisión general
Se refiere a la desviación máxima entre el valor de salida del convertidor y el valor de temperatura real en condiciones de referencia (23±2 grados, 45%-75% de humedad, fuente de alimentación estable), generalmente expresada como un porcentaje del intervalo o un valor de temperatura absoluto. La precisión típica de los convertidores inteligentes modernos es ±0,05% del span o ±0,1 grados (lo que sea mayor). Esta precisión representa el efecto combinado del error básico, la linealidad, la repetibilidad y la histéresis. Los modelos de mayor-rendimiento pueden alcanzar ±0,025 % del intervalo, cumpliendo con los requisitos de aplicaciones de nivel metrológico.
2. Deriva de temperatura
Se refiere al cambio en la precisión causado por la variación de la temperatura ambiente, un indicador clave de la estabilidad del convertidor. Incluye deriva de cero (cambio en la salida cero por cada cambio de 1 grado en la temperatura ambiente) y deriva de intervalo (cambio en el porcentaje de intervalo de salida por cada cambio de 1 grado en la temperatura ambiente). Las especificaciones para productos de alto-rendimiento suelen ser: deriva del cero menor o igual a ±0,005 % del intervalo/grado, deriva del intervalo menor o igual a ±0,0075 % del intervalo/grado. Este parámetro determina la estabilidad-a largo plazo del convertidor en entornos industriales sin-temperatura-controlada.
3. Estabilidad-a largo plazo
Se refiere al grado de cambio en la salida del convertidor a lo largo del tiempo en condiciones constantes, lo que caracteriza sus propiedades de envejecimiento. Generalmente se expresa como el cambio máximo en 12 o 24 meses, por ejemplo, ±0,1% del intervalo/año. Este parámetro está influenciado por las tasas de envejecimiento de las fuentes de voltaje de referencia internas, redes de resistencias y dispositivos semiconductores.
4. Tiempo de respuesta
Se refiere al tiempo requerido para que la salida alcance un porcentaje específico de su valor estable final luego de un cambio gradual en la entrada. Normalmente se define como T90 (tiempo para alcanzar el 90 % del valor final) y T63 (tiempo para alcanzar el 63,2 % del valor final, es decir, la constante de tiempo). Dependiendo de la configuración del filtro interno, el rango ajustable suele ser de 0,1 segundos a 100 segundos. T90 para modelos-de respuesta rápida puede durar menos de 0,5 segundos.
5. Resolución
Se refiere al cambio de entrada más pequeño que el convertidor puede detectar. Para los modelos de salida digital, depende del número de bits del ADC (por ejemplo, un ADC de 24 bits corresponde a una resolución de aproximadamente 1 parte en 16 millones); para los modelos de salida analógica, está limitado por la resolución y el nivel de ruido del DAC de salida, normalmente mejor que el 0,001 % del intervalo.
II. Especificaciones eléctricas
1. Requisitos de la fuente de alimentación
Modelos de dos-cables: rango de voltaje operativo típicamente de 12 a 42 V CC (que cumplen con los estándares NAMUR), voltaje operativo mínimo de 12 V a 4 mA, con una caída de voltaje de resistencia del bucle que debe considerarse a 20 mA.
Modelos de cuatro-cables: normalmente requieren una fuente de alimentación independiente de 18-30 V CC o 85-265 V CA.
Consumo de energía: el consumo máximo de energía para convertidores de dos-cables generalmente se limita a 20-30 mW para garantizar un funcionamiento adecuado a 4 mA.
2. Especificaciones de entrada
Tipos de sensores admitidos: lista detallada de todos los sensores admitidos y sus rangos, por ejemplo:
Termopares: J (-210 a +1200 grados), K (-270 a +1372 grados), S (-50 a +1768 grados), etc., que cumplen con IEC 60584.
RTD: Pt100 (-200 a +850 grados), Pt1000, Cu50, Ni120, etc., que cumplen con IEC 60751.
Resistencia: 0-400Ω, resolución 0,1Ω.
Voltage: ±50mV to ±10V, input impedance >10MΩ.
Corriente: 0-20 mA/4-20 mA, resistencia de entrada<50Ω.
Protección de entrada: normalmente cuenta con protección contra sobretensión de ±30 V para evitar daños causados por el cableado incorrecto del sensor.
3. Especificaciones de salida
Salida analógica:
Tipo de señal: 4-20 mA (estándar), 0-20 mA, 0-10 V, ±10 V, etc.
Capacidad de carga: para la salida de corriente, la resistencia de carga máxima se calcula como Rmax=(Vsupply - Vmin) / 0.02 - Rwires. Por ejemplo, con un suministro de 24 V, un voltaje de funcionamiento mínimo de 12 V y una resistencia del cable de 10 Ω, entonces Rmax=(24-12)/0.02 - 10=590 Ω.
Precisión de salida: ±0,05 % del intervalo (incluidas linealidad y repetibilidad).
Ruido de salida:<10μA RMS (0.1-10Hz bandwidth).
Salida Digital:
Protocolos: HART (Bell 202 FSK), PROFIBUS PA, Foundation Fieldbus, Modbus RTU, etc.
Velocidad de comunicación: HART a 1200 bps, PROFIBUS PA a 31,25 kbps.
Velocidad de actualización: normalmente 4 veces/segundo para salida analógica, más rápida para comunicación digital.
4. Especificaciones de aislamiento
Voltaje de prueba: entre entrada-salida-fuente de alimentación-tierra, 1500 Vrms CA durante 1 minuto o 2100 V CC equivalente.
Insulation Resistance: >100 MΩ a 500 VCC.
Common-Mode Rejection Ratio (CMRR): >120 dB a 50/60 Hz.
III. Especificaciones ambientales y mecánicas
1. Rango de temperatura de funcionamiento
Componentes electrónicos: normalmente de -40 a +85 grados (grado industrial), de -20 a +70 grados (grado comercial)
Unidad de visualización local (si está presente): -20 a +65 grados (la pantalla LCD puede limitar el rendimiento a baja temperatura).
Temperatura de almacenamiento: -50 a +100 grados.
2. Calificación de protección
Carcasa: normalmente IP65 (hermético al polvo-, protegido contra chorros de agua), IP67 (protegido contra inmersión temporal), IP68 (protegido contra inmersión continua).
Conexión al proceso: Depende del método de instalación y de los materiales de sellado.
3. Choque mecánico y vibración
Vibración: Cumple con IEC 60068-2-6, normalmente 2 horas por eje, 10-150 Hz, 2 g.
Choque: Cumple con IEC 60068-2-27, normalmente media onda sinusoidal, 50 g, 11 ms.
Estos parámetros son críticos para los convertidores instalados cerca de bombas y compresores.
4. Certificaciones a prueba de explosiones-
Protección contra explosión de gas: ATEX/IECEx Zona 0/1/2, Ex ia/ib [Ex ia IIC T4 Ga/Gb].
Protección contra explosión de polvo: Zona 20/21/22, Ex ia/ib/tD.
Parámetros de seguridad intrínsecos: Ui=30V, Ii=100mA, Pi=1W, Ci=5nF, Li=10mH (valores típicos).
IV. Especificaciones funcionales y de comunicación
1. Métodos de configuración
Local: mediante interruptores magnéticos o interfaz de infrarrojos en la carcasa.
Remoto: comunicador portátil HART, software para PC, DCS/PLC mediante protocolos digitales.
2. Funciones de diagnóstico
Number of Self-Diagnostic Items: Typically >20.
Diagnóstico de sensores: supervisión de tendencia de rotura, corta, sobre-rango y degradación.
Diagnóstico de componentes electrónicos: suma de comprobación de memoria, monitoreo de reloj, monitoreo de voltaje de referencia.
3. Registro de datos
Capacidad de registro: tamaño de memoria no-volátil, por ejemplo, 1 MB.
Intervalo de registro: Configurable, de 1 segundo a 1 hora.
Variables registradas: valor de temperatura, estado de alarma, estado de salud del dispositivo.
V. Cumplimiento normativo y de normas
Estándares EMC: Cumple con IEC 61326 (entorno industrial), las pruebas incluyen:
Emisiones Radiadas: EN 55011/32 Clase A/B.
Inmunidad: IEC 61000-4-2/3/4/5/6/8/11, Nivel 3/4.
Estándares de seguridad: UL 61010-1, CSA C22.2 No.61010-1.
Seguridad funcional: Certificación IEC 61508 SIL 2/3 (si corresponde).
Estándares de la industria: NEMA 4X, IEEE 1159 (calidad de energía).
VI. Métricas de confiabilidad
MTBF: Mean Time Between Failures, typically >500.000 horas (calculadas según MIL-HDBK-217F o IEC 61709)
MTTR: tiempo medio de reparación, normalmente<30 minutes
Período de garantía: normalmente de 36 a 60 meses.
Estas especificaciones técnicas forman un pasaporte de rendimiento completo. Los ingenieros deben analizar la ponderación y la verificación de coincidencia de cada parámetro de acuerdo con escenarios de aplicación específicos al seleccionar un convertidor. Por ejemplo, en aplicaciones de reactores químicos, las consideraciones principales podrían ser la certificación a prueba de explosiones-y la resistencia a la corrosión; mientras que en las mediciones de precisión de laboratorio, la exactitud y la variación de la temperatura son más críticas. Comprender el significado físico detrás de las especificaciones y las condiciones de prueba es esencial para tomar la decisión técnica más adecuada, garantizando que el sistema de medición de temperatura funcione de manera confiable, precisa y económica durante todo su ciclo de vida.
