Mejores prácticas de calibración, mantenimiento y solución de problemas para los técnicos de proceso
Módulo 2
Las mediciones de temperatura del proceso.
Módulos del Taller • Pruebas de lazos de control de 4-20 mA
• Prueba y calibración de instrumentos de temperatura de proceso
• Prueba y calibración de instrumentos de presión de proceso
• Introducción al control de procesos digital
• Regulaciones y costos asociados con los entornos de trabajo de seguridad intrínseca
En esta sesión
• Unidades de temperatura, de donde vinieron
• Métodos de medición de temperatura
• Tipos de sensores de medición
• Técnicas de generación de temperatura
• - Fuentes de simulación y de temperatura de precisión electrónicas
• ¿Cuáles son los dispositivos de temperatura más comunes?
• - ¿Cuáles son sus funciones en un proceso?
• ¿Qué cosas pueden salir mal con estos dispositivos de temperatura?
©2012 Fluke Corporation Testing, troubleshooting and calibrating process temperature devices
3
En esta sesión
• Prueba de transmisores de temperatura– Calibración de transmisores de temperatura
• Simulación de la temperatura y la interpretación de la señal de 4 a 20 mA
• Prueba de termostatos– Simulación de la temperatura y la interpretación del cambio de estado del
interruptor
• Comprobación y ajuste de un transmisor de temperatura inteligente HART– Abastecimiento de la temperatura con una fuente de precisión e interpretar la
señal de 4 a 20 mA
– Prueba el transmisor y el sensor de proceso como un sistema de medición combinado
Unidades de medida de temperatura y escalas
Para convertir de F a C, restar 32 y multiplicar el resultado X 0.5556
Para convertir de C a F, agregue 32 y multiplicar el resultado X 1.8
Kelvin = Celsius + 273, Rankine = Fahrenheit + 460
Comparaciones de unidades de medición de temperaturaFahrenheit -460 -331 -40 32 212 500
Rankine 0 129 420 491 672 960
Kelvin 0 71.5 233 273 373 533
Celsius 143 -202 -40 0 100 260
• Escala Fahrenheit más común en EE.UU.• Celsius es más común en el resto del mundo
– Muchas máquinas de proceso europeos escala en grados Celsius• Escalas Kelvin y Rankine más utilizados en la ciencia e investigación
Sensores de temperatura
• Conecta un indicador, transmisor o módulo de entradas analógicas de PLC / DCS
• En contacto o aisladas a través de la vaina• Los sensores mas comunes en aplicaciones de procesos:
–Termopar (TC), cambio de tensión con la temperatura– RTD, cambio de resistencia con la temperatura
• Sensores menos comunes, para aplicaciones especiales–Termistor, cambio de resistencia con la temperatura–Infrarrojo, sin contacto, la radiación emitida cambia con
la temperatura
Termopares:• Rangos de temperatura: -200
a 1.250 ℃• Tipo de sensor más común y
duradera• Sensor de proceso menos
precisa• Incertidumbre típica: + / - 2,2
℃.
Detectores de temperatura resistivos, (RTD):• Estrecho intervalo de
temperatura: -200 a 800 ℃• PT100-385 (IEC-751) la versión
más común• Clase A Precisión: + / - 0,15 a
0 ℃• Precisión de Clase B: + / - 0,3
a 0 .℃• Menos duradero que los
termopares
Sensores de proceso, un importante contribuyente al error de medición de temperatura
Los sensores de temperaturaLos sensores de temperatura vienen en muchas formas y tamaños. El desafío es encontrar el mejor para la aplicación
• Conecte en un indicador, transmisor, entrada PLC / DCS
• Por lo general, a través de la vaina aislados
• Sensores de proceso más frecuentes:• Termopares (TC), el cambio de tensión
con la temperatura• RTD, cambio de resistencia con la
temperatura• Menos comunes: Termistores,
infrarrojo, sin contacto-IR
Sensores tipo Termocoupla.• Medir la temperatura utilizando el efecto termoeléctrico (Seebeck)
– Voltaje creado por dos alambres de metales diferentes unidos– Generar un cambio predecible en el voltaje para un cambio en la temperatura
• Tipo de sensor más común y duradera– Muchos tipos con diferentes rangos de medición, J, K, T, E, R, S, y más– Precisión típica, la incertidumbre: ± 2,2 ℃
• Para interpretar un sensor termopar necesita medir tres cosas:– La tensión generada por el termopar– La temperatura a la que el termopar se conecta al circuito de medición– La tabla tensión vs temperatura para el tipo de TC.
• Tensión generada es relativa a la unión de referencia o de medición
• Do the math!• 4.096 mV – 3.177 mV = 0.919 mV
• Relationship (voltage vs temperature) is not linear, table required
valor mV para 100 ℃Unión de referencia 0 : 4.096 mV℃Unión de referencia 23 : 0.919 mV℃Valor esperado mV medido: 3.177 mV
La temperatura a la que el termopar se conecta es de 23 ℃
-20 -0.778 -.0816 -0.854 -0.892 -0.930 -0.968 -1.006 -1.043 -1.081 -1.119 -1.156 -20
-10 -0.392 -0.431 -0.470 -0.508 -0.547 -0.586 -0.624 -0.663 -0.701 -0.739 -0.778 -10
0 0.000 -0.039 -0.079 -0.118 -0.157 -0.197 -0.236 -0.275 -0.314 -0.353 -0.392 0
°C 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 °C
°C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 °C
0 0.000 0.039 0.079 0.119 0.158 0.196 0.238 0.277 0.317 0.357 0.397 0
10 0.397 0.437 0.477 0.517 0.557 0.597 0.637 0.677 0.718 0.758 0.798 10
20 0.796 0.838 0.879 0.919 0.960 1.000 1.041 1.081 1.122 1.163 1.203 20
30 1.203 1.244 1.285 1.326 1.366 1.407 1.448 1.489 1.530 1.571 1.612 30
40 1.612 1.653 1.694 1.735 1.776 1.817 1.858 1.899 1.941 1.982 2.023 40
50 2.023 2.064 2.106 2.147 2.188 2.230 2.271 2.312 2.354 2.395 2.436 50
60 2.436 2.478 2.519 2.561 2.602 2.644 2.685 2.727 2.768 2.810 2.851 60
70 2.851 2.893 2.934 2.976 3.017 3.059 3.100 3.142 3.184 3.225 3.267 70
80 3.267 3.308 3.350 3.391 3.433 3.474 3.516 3.557 3.599 3.640 3.682 80
90 3.682 3.723 3.765 3.806 3.848 3.889 3.931 3.972 4.013 4.055 4.096 90
100 4.096 4.136 4.179 4.220 4.262 4.303 4.344 4.385 4.427 4.468 4.509 100
110 4.509 4.550 4.591 4.633 4.674 4.715 4.756 4.797 4.838 4.879 4.920 110
Tablas de termopar, tipo K ejemplo
90 3.62 3.723
100 4.096 4.136
110 4.509 4.550
Sensores RTD• Medir la temperatura con un sensor resistivo con un cambio prestablecido de
resistencia para un cambio en la temperatura– Construcción más común de alambre de platino– PT100-385 (IEC-751) la versión más común
• 0.385 ohmios / ℃• Resistencia a 0 es 100 ohmios℃• Estrecho intervalo de temperatura: -200 a 800 ℃ ℃• Más exacto, pero menos duradero que los termopares• Para medir se requiere un circuito de medición de resistencia con 2 3 Ó 4 hilos y
la tabla correspondiente
Sensores RTD: conexión a 2 hilos
• Resistencia de los cables de RTD de 2 hilos puede degradar la precisión de medición– Configuración menos precisa para la medición de RTD
13
Sensores RTD: conexión a 3 hilos
• Circuitos RTD de 3 hilos compensa la resistencia del cable– Configuración más precisa, común en RTD´s industriales
– Mide la resistencia del alambre de compensación y asume que todas piernas tienen igual resistencia
– La resistencia calculada se resta de la medición
14
Sensores RTD: conexión a 4 hilos
• Circuitos de medición RTD de 4 hilos elimina los efectos de la resistencia de los conductores– Configuración más precisa, se utiliza principalmente en aplicaciones de alta
precisión
– La resistencia de las puntas no es parte de la resistencia medida– El circuito de medida lee sólo la caída de tensión del sensor.
15
RTD tabla de consulta, ejemplo Pt100-385Para medir con precisión la temperatura con un RTD se requiere:• Una fuente de corriente constante exacta• Un circuito de medición de tensión exacto
°C Ohm Diff.
± 0 100.00 0.39
+ 1 100.39 0.39
2 100.78 0.39
3 101.17 0.39
4 101.56 0.39
5 101.95 0.39
6 102.34 0.39
7 102.73 0.39
8 103.12 0.39
9 103.51 0.39
°C Ohm Diff.
10 103.90 0.39
11 104.29 0.39
12 104.68 0.39
13 105.07 0.39
14 105.46 0.39
15 105.85 0.39
16 106.24 0.39
17 106.63 0.39
18 107.02 0.39
19 107.40 0.38
°C Ohm Diff.
20 107.79 0.39
21 108.18 0.39
22 108.57 0.39
23 108.96 0.39
24 109.35 0.39
25 109.73 0.39
26 110.12 0.39
27 110.51 0.39
28 110.90 0.39
29 111.28 0.38
°C Ohm Diff.
30 111.67 0.39
31 112.06 0.39
32 112.45 0.39
33 112.83 0.38
34 113.22 0.39
35 113.61 0.39
36 113.99 0.38
37 114.38 0.39
38 114.77 0.39
39 115.15 0.38
40 115.54 0.39
RTD Tabla de temperatura vs Resistencia
Instrumentos de temperatura
• Transmisores
• Switches y controladores
• Medidores
• PLC o Sistema de control E / S
• Caudalimetros
• PV Medido:
• El PV o variable primaria / proceso en este ejemplo es la temperatura del fluido del proceso que se está midiendo por el transmisor de temperatura.
• Transmisor de temperatura:
• Detecta la temperatura del proceso a través de termopar o sensor RTD
• Convierte la medición en una señal de 4 a 20 mA.
• El transmisor de este ejemplo tiene un rango de entrada (rango) de 0 ° a 300 ° C.
Transmisor de temperatura en un circuito de proceso
TemperaturaCorriente de salida
Porcentaje del rango
0 °C 4 mA 0 %
75 °C 8 mA 25 %
150 °C 12 mA 50 %
225 °C 16 mA 75 %
300 °C 20 mA 100 %
transmisor de temperatura
Herramientas para la solución de problemas
Medicion o fuenteMedición y herramienta de
fuente Qué le dice al técnico
Medida de 4-20 mADMM. Calibrador de lazo, pinza de mA,
ProcessMeter Si el valor medido mA es el valor esperado en la salida del transmisor
Medir la temperaturaTermómetro o calibrador de temperatura con
sonda de temperatura Compare la temperatura medida vs la temperatura reportada del proceso
Simular temperatura simulador de termopar o RTD Ver si un transmisor cambia el valor mA correctamente y con precisión con un cambio en la temperatura de entrada
Temperatura real Bloque seco Ver si un sensor de temperatura funciona correctamente
Medir la resistencia o milivolt
DMM, calibrador de temperatura Si un sensor tiene la resistencia correcta (RTD) o milivolt (termopar)
Medición de la temperatura con alta precisión
Alta precisión / termómetro de referencia Si la temperatura de un pozo seco es exacta al realizar calibraciones de temperatura de alta precisión
Medición de temperatura sin contacto
Termómetro infrarrojoMediciones rapidas de temperatura
Temperatura sin contacto sobre una gran superficie
Cámara terrmográfica Muestra los puntos calientes, mal aislamiento, altura del fluidos.
• Señal mA incorrecta enviada al controlador
• Si no, ya sea a gran escala o ninguna señal mA al controlador
• Posibles causas:
• Fallas o degradación del sensor
• El rendimiento del transmisor o se rompió
• Problemas en el bucle 4 a 20 mA
Problemas con lazos de medición de temperatura
Problemas con lazos de medición de temperatura
Averías• resolución de
problemas de bucle• prueba del transmisor• prueba de sensores• Prueba de entrada del
sistema de control
Esta el lazo funcionand
o mal?Roto - Reparar
Buscar y minimizar los errores• prueba de bucle• ajuste del transmisor• prueba de sensores
Inexacta - Calibre
Primero prueba del bucle, prueba de lazo, ajuste de la salida de mA del transmisor, prueba de la entrada del sistema de control.
Echemos un vistazo a las pruebas transmisores de temperatura y sensores
Comprobación del sensor de temperatura
Verificación rápida a temperatura ambiente:• Aislar el sensor y desconectarlo de la electrónica• Si es una RTD PT100-385 medir la resistencia
– Debería estar cerca de los 108 ohmios a temperatura ambiente
• Si termopar medir la continuidad primero– Debria de ser pocos ohmios– Poner el DMM en el voltaje más bajo y medir
mV.– Calentar o enfriar el extremo del termopar y el
valor mV deben aumentar con el calor, disminuye con el frío
Para probar un sensor de precisión se necesita una fuente de temperatura de precisión
RTD resistencia
TC Millivoltage (K)
Métodos de prueba y verificación del sensor
El uso de una fuente de temperatura de precisión• Puede probar múltiples puntos/sensores de
temperatura• A veces es difícil quitar el sensor del proceso• Fuentes de temperatura pueden ser voluminosas.
Inter-comparación con un termómetro• Rápido y fácil si tenemos un horno / bloque seco• Muchos pozos térmicas no tienen suficiente espacio
para la sonda de referencia que ha de insertarse• Chequea un punto solamente, la temperatura del
proceso
Verificación del sensor de temperatura
• Los sensores se pueden comprobar fácilmente en el laboratorio de calibración con un baño de temperatura o bloque seco
• Ajuste la fuente de temperatura a la temperatura de ensayo deseada y mida la resistencia esperada o milivoltaje y comparelo con la tabla.
RTD resistencia
TC Millivoltage (K)
Fuentes de temperatura de precisión, portátiles
Ejemplo de bloque seco, tiene dos temperaturas en una sola herramienta para la prueba de dos puntos simultáneamente. Para aplicaciones portátiles.
Baño se muestra también es portátil para aplicaciones de prueba del sensor de proceso en campo.
Herramientas de medición de temperatura de precisión
Cerca de precisión estándar primario en una herramienta portátil. Caracterización de la sonda cargadas en la herramienta para una mayor precisión
PRT y RTD rangos -200 ℃a 1000 ℃Precision de ± 0,011 ℃
Termopar -200 ℃ a 2315 ℃Precisiones ± 0,23 ℃
Termistor -50 ℃ a 150 ℃•Precisión de ± 0,002 ℃
Prueba de un transmisor de temperatura
• Comprueba el rango de entrada del transmisor• Verifica la especificación de precisión del transmisor
– El rendimiento total, no la precisión de referencia.• Exactitud de referencia no tiene en cuenta el tiempo, la temperatura y otros
factores de rendimiento del mundo real
• Encuentre el instrumento de medida adecuado– La precisión y el rango de medida– Simulador o fuente de precisión para probar también el sensor
• Comparar la especificación del calibrador con el transmisor• Idealmente, el calibrador debe ser 4X más preciso que el
transmisor
28
Prueba del transmisor de temperatura
Temperature input
Current output
Percent of span
0 °C 4 mA 0 %
75 °C 8 mA 25 %
150 °C 12 mA 50 %
225 °C 16 mA 75 %
300 °C 20 mA 100 %
• Aislar el transmisor del proceso
• Conecte como se muestra. Aplicar temperatura y comparar los valores medidos de mA a valores esperados.
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Temperature input
Current output
Percent of span
0 °C 4 mA 0 %
75 °C 8 mA 25 %
150 °C 12 mA 50 %
225 °C 16 mA 75 %
300 °C 20 mA 100 %
30
Prueba del transmisor de temperatura• Aislar el transmisor del
proceso• Conecte como se
muestra. Aplicar temperatura y comparar los valores medidos de mA a valores esperados.
Temperature input
Current output
Percent of span
0 °C 4 mA 0 %
75 °C 8 mA 25 %
150 °C 12 mA 50 %
225 °C 16 mA 75 %
300 °C 20 mA 100 %
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Prueba del transmisor de temperatura• Aislar el transmisor del
proceso• Conecte como se
muestra. Aplicar temperatura y comparar los valores medidos de mA a valores esperados.
Temperature input
Current output
Percent of span
0 °C 4 mA 0 %
75 °C 8 mA 25 %
150 °C 12 mA 50 %
225 °C 16 mA 75 %
300 °C 20 mA 100 %
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Prueba del transmisor de temperatura• Aislar el transmisor del
proceso• Conecte como se
muestra. Aplicar temperatura y comparar los valores medidos de mA a valores esperados.
Temperature input
Current output
Percent of span
0 °C 4 mA 0 %
75 °C 8 mA 25 %
150 °C 12 mA 50 %
225 °C 16 mA 75 %
300 °C 20 mA 100 %
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Prueba del transmisor de temperatura• Aislar el transmisor del
proceso• Conecte como se
muestra. Aplicar temperatura y comparar los valores medidos de mA a valores esperados.
HANDS on prueba de transmisor de temperatura
• Utilice el 726 para simular un termopar• Alimentación de bucle de 24V y medir mA• Prueba del transmisor en pasos del 25%• 0 a 300 C
Prueba de calibración de temperatura
35
Calibración de transmisores de temperatura con el 726 (primera parte)
1. Conecte + (rojo) del cable de prueba mA del 726 al # 8 en el bloque de terminales.
2. Conecte - (negro) del cable de prueba mA del 725 al # 9 en el bloque de terminales.
3. Conecte el "tipo K" cable TC de la 644 a la entrada de T / C en el 726.
Prueba de calibración de temperatura
36
Calibración de transmisores de temperatura con el 726
1. Para ajustar los parámetros de medida, pulse la tecla "V mA Loop" hasta mA y Loop se muestran en la pantalla superior.
2. Presione el botón de medición / Fuente para seleccionar la Fuente en la pantalla de canal inferior.
3. Pulse el botón TC hasta que aparezca el tipo de termopar "K".
Prueba de calibración de temperatura
37
Calibración de transmisores de temperatura con el 726
1. Ajuste de la temperatura de la prueba:
2. Utilice las flechas izquierda / derecha para seleccionar el digito a cambiar, flechas arriba y abajo para cambiar el valor
3. Ajuste la temperatura de la fuente a 0 ℃.
4. Mantenga pulsado el botón 0% durante 3 segundos para establecer el ajuste de rango inferior.
5. A continuación, utilice las flechas izquierda / derecha / arriba / abajo para ajustar la temperatura de la fuente a 300 grados ℃.
6. Mantenga pulsado el botón 100% durante 3 segundos para establecer el ajuste de rango superior.
Prueba de calibración de temperatura
38
Calibración de transmisores de temperatura con el 726
1. Utilice las teclas de arriba y abajo de 25%. Verifique que la salida analógica del transmisor.
2. Desviación mA medido en 4, 8, 12, 16 y 20 mA es el error de calibración
3. Pulse el botón de rampa y la fuente se elevará de 0% a 100% a 0%
4. Pulse el botón de rampa de nuevo para una rampa más rápido
5. Pulse el botón de rampa una vez más
• Desconectar el transmisor del proceso
• Conecte como se muestra.• Lea la configuración HART
Documentación de la calibración de temperatura
40
• Configure el calibrador para la prueba
Documentación de la calibración de temperatura
41
• Ejecutar un Auto-Test para documentar los resultados
• Prueba 0%
Documentación de la calibración de temperatura
42
• Ejecutar un Auto-Test para documentar los resultados
• Prueba de 50%
Documentación de la calibración de temperatura
43
• Ejecutar un Auto-Test para documentar los resultados
• Prueba del 100%
Documentación de la calibración de temperatura
44
• Revisar los resultados
Documentación de la calibración de temperatura
Ajuste de un transmisor de temperatura HART
45
• Ajuste de salida– Obtener y enviar para ajustar 4 mA y 20 mA
• El sensor o entrada– Aplicar los valores de rango inferior (LRV) y de
rango superior (URV) y ajustar el bloque de entrada
46
• Ajuste de salida– Obtener y enviar para ajustar la
salida de 4 mA
Ajuste de un transmisor de temperatura HART
47
• Ajuste de salida– Obtener y enviar para ajustar la
salida de 20 mA
Ajuste de un transmisor de temperatura HART
48
• Ajuste del sensor– Aplicar los valores de rango inferior
(LRV) y valores de rango superior (URV) y recortar el bloque de sensor de entrada
Ajuste de un transmisor de temperatura HART
49
• Sensor trim, LRV– Apply the Lower Range Value (LRV) and
trim to correct the lower range PV in the input sensor block
Ajuste de un transmisor de temperatura HART
50
• Sensor trim, URV– Apply the Upper Range Values (URV) and
trim to correct the upper range PV in the input sensor block
Ajuste de un transmisor de temperatura HART
Hands on-Prueba de un transmisor de temperatura HART
• Prueba encontrado, documentado• Transmisor inteligente Ajuste:
– Bloqueo de entradas A / D– Bloque de salida D / A
• Prueba dejado, documentado• Vamos a seguir el video para hacer la
calibración
Calibración del Transmisor + sensor• Sensor del proceso se
inserta en el calibrador de bloque seco
• Conecte las conexiones mA al calibrador documentador
Un baño de calibración se puede utilizar para esta función en lugar del calibrador de bloque seco
La incertidumbre del bloque seco se puede reducir con el uso de un termómetro de referencia y una sonda de SPRT
52
Prueba del interruptor de temperatura
PV medido directamente, por lo general no hay salida de mA
Puede ser utilizado como un termostato de control del quemador o proceso
Puede ser probado con tensión para el cambio de estado o contactos secos
Por lo general, tienen un punto de consigna ajustable, algunos también tienen un punto de reinicio ajustable
54
Calibración de Interruptor de temperaturaEjemplo de prueba de calibraciónModo del calibrador en fuente de
temperatura (simular)
Documentar la temperatura en la que se pone el interruptor y se reinicia.
El set point en este ejemplo es de 20 ° C
55
To temperature switch contacts
To temperature switch thermocouple input
Ejemplo de prueba de calibración
Se define el estado del set point
56
To temperature switch contacts
To temperature switch thermocouple input
Calibración de Interruptor de temperatura
Ejemplo de prueba de calibración
Se encuentra la temperatura real del set point
57
To temperature switch contacts
To temperature switch thermocouple input
Calibración de Interruptor de temperatura
Ejemplo de prueba de calibración
se encuentra el reset
58
To temperature switch contacts
To temperature switch thermocouple input
Calibración de Interruptor de temperatura
Ejemplo de prueba de calibración
Resultado de la prueba documentada con pass-fail calculada
59
To temperature switch contacts
To temperature switch thermocouple input
Calibración de Interruptor de temperatura
FIN DEL SEGUNDO BLOQUE
PREGUNTAS?
60
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