Calibradores de loop são comumente usados em calibração e controle de processos. Como o próprio nome indica, o controle de processo monitora e controla um processo para manter um padrão de qualidade e desempenho. O processo pode ser uma quantidade física, como pressão ou temperatura. Testadores de loop também podem ser usados para calibração elétrica. Nesses casos, eles verificam o desempenho de um instrumento que mede grandezas elétricas como tensão, corrente, capacitância, indutância, resistência, tempo e frequência.
Uma unidade em teste (UUT) é um dispositivo de medição elétrica (como um voltímetro ou amperímetro) que passa por calibração elétrica. Os dispositivos típicos incluem testadores de loop, osciloscópios, multímetros, contadores de frequência, registradores de dados, medidores elétricos e testadores de isolamento.
Neste artigo, discutiremos testes de loop, loops de corrente e o uso de calibradores de loop, especialmente em relação à calibração de processos.
O que é teste de loop?
A calibração do processo é importante para garantir segurança industrial, eficiência e produtividade. A instrumentação avançada, como instrumentos digitais e instrumentos multivariáveis, requer ferramentas de calibração sofisticadas que possam se comunicar com redes industriais, incluindo HART e Fieldbus. Eles devem garantir calibração de campo de alta precisão.
Normalmente, esses instrumentos de calibração possuem software para armazenar e analisar dados de instrumentação detalhados e complexos. Os dados são amplamente utilizados para produzir certificados e relatórios de calibração.
Os instrumentos de calibração geralmente dependem de técnicas avançadas baseadas em testes de loop.
Os testes de instrumentação convencional dependem de testes de instrumentos individuais, o que é demorado e impraticável em muitas situações. As técnicas avançadas de hoje dependem mais de testes de loop ou de loop parcial. O circuito completo do processo é calibrado como uma unidade e não como um instrumento individual. Ele testa a tolerância geral do circuito para garantir controle eficiente, qualidade, segurança e tempo de inatividade mínimo.
Um exemplo de loop de processo é um loop de temperatura. Neste circuito, um dispositivo de temperatura (um RTD ou um termopar) é conectado a um transmissor, que é unido a um indicador local e a uma placa de entrada PLC/DCS. Em um teste de circuito de ponta a ponta, o elemento de temperatura é separado do circuito de processo e o desempenho é avaliado em relação a uma temperatura simulada.
Ao contrário dos testes de loop ponta a ponta mais recentes, os testes de instrumentos convencionais dependem das folhas de especificações do fabricante. As especificações podem não citar a precisão real ou incluir repetibilidade, estabilidade a longo prazo, efeitos de temperatura ou outros fatores ambientais.
No entanto, o teste de loop ponta a ponta pode ser caro ou pode não ser ideal como sensor ou instrumento de medição. Nesses casos, o teste de loop parcial é útil. No exemplo do processo de temperatura, o teste parcial pode ser conduzido isolando o dispositivo de temperatura do transmissor. Ele pode simular sinais para o transmissor com a ajuda de um calibrador de loop. Lembre-se, no teste de loop completo, todo o loop é calibrado em vez de um instrumento individual.
Um calibrador de loop é um instrumento comumente usado para testes de loop. Calibradores de loop são úteis em testes de instrumentação e para a calibração inicial dos loops de processo. Por exemplo, um transmissor de nível submersível não pode ser testado em campo em um laboratório de eletrônica. Mas um calibrador de loop pode ser usado para simular os sinais do transmissor de nível para calibrar o circuito de controle. Posteriormente, o circuito de controle pode ser testado em campo com um transmissor de nível real no local de teste.
Os loops de corrente de 4-20 mA
Os calibradores de loop geralmente são projetados para funcionar com loops de corrente de 4 a 20 mA. Eles podem medir correntes, fornecer corrente para dispositivos não alimentados no circuito de corrente e simular sinais como transmissores alimentados por circuito.
A saída de corrente de 4-20 mA é o sinal elétrico típico gerado por sensores e instrumentos. O sensor ou instrumento dentro de uma série atua como uma fonte de corrente constante, onde a saída de corrente depende da quantidade física medida, como temperatura ou pressão.
O sinal de corrente fornece um sinal de saída porque permanece o mesmo em todos os pontos da rede em série. Também permite saída analógica de alta potência, que pode ser transferida por longas distâncias.
O sinal de corrente pode ser convertido em uma tensão mensurável em qualquer ponto da rede conectando um resistor em série. Por exemplo, a corrente de 4-20 mA pode ser convertida para uma faixa de tensão entre 1 ~ 5V conectando um resistor de 250Ω à série. Ao fazer isso, certifique-se de que o transmissor de 4-20 mA tenha tensão suficiente entre as linhas positiva e negativa, para que a medição não seja compreendida no fundo da escala. O sinal de corrente de 4-20 mA funciona facilmente com uma conexão de dois fios e mantém-se forte contra interferência de radiofrequência ou outras fontes potenciais de erro.
Por que 4-20 mA?
Os loops de corrente são normalmente configurados para o padrão 4-20 mA. O padrão começa com 4 mA (e não 0 mA) por razões históricas e técnicas.
Antes da eletrônica se tornar a indústria que é hoje, os instrumentos de processo eram calibrados mecanicamente. Para calibração mecânica, 3~15 psi foi o padrão. Qualquer coisa abaixo de 3psi era irreconhecível. Além disso, 0 psi foi fácil de identificar como uma falha do sistema. Quando os controladores eletrônicos substituíram os calibradores mecânicos, a faixa de 4 a 20 mA foi selecionada para refletir a mesma faixa de 3 a 15 psi.
Da mesma forma, com controladores eletrônicos, 0mA é muito baixo para ser detectado e é mais adequado para indicar uma falha no sistema.
O que é um calibrador de loop?
Um calibrador de loop é um calibrador elétrico que:
- Soluciona problemas de loops de corrente de 4 a 20 mA
- Simula sinais como transmissores alimentados por loop
- Calibra loops de corrente
- Mede corrente elétrica
- Fontes de corrente para dispositivos não alimentados em loops de corrente
- Executa testes de loop
Os calibradores de loop operam em uma ampla fonte de alimentação, transmitindo sinais por longas distâncias sem perda ou ruído. Esses instrumentos também podem medir corrente elétrica, fonte de corrente e simular transmissores de 4 a 20 mA alimentados por loop.
Dois ou quatro fios?
Os calibradores de loop podem ser usados com configurações de transmissores de dois e quatro fios. Em uma configuração de transmissor de dois fios, o sinal de medição utiliza apenas duas conexões para a fonte de alimentação e o sinal de saída.
Um transmissor de loop de 4-20 mA de dois fios.
Em uma configuração de transmissor de quatro fios, a fonte de alimentação e o sinal de saída são isolados usando uma rede de ponte de Wheatstone. Esta configuração é mais precisa porque compensa erros de forma independente.
Um transmissor de loop de 4-20 mA de quatro fios.
A conexão do resistor de 250Ω
Para converter um sinal de corrente de 4-20 mA entre 1 ~ 5 V, conecte um resistor de 250Ω. Para esclarecer um equívoco comum sobre se uma conexão em série ou paralela é usada com o resistor, isto pode ajudar:
- Se a placa de entrada DCS/PLC aceitar a entrada de 1-5Vcc, o resistor de 250Ω deverá ser conectado em paralelo aos fios de entrada de 1-5Vcc.
- Se a medição precisar ser feita a partir da rede do circuito de corrente para funcionar, o resistor de 250Ω deverá ser conectado em série com o circuito de corrente de 4-20 mA.
Medindo a corrente
Para medir a corrente com um calibrador de loop:
- Desconecte o loop de corrente do terminal negativo
- Conecte o calibrador de loop como uma carga entre o transmissor alimentado por loop e o controlador indicador local
- Observação: o transmissor alimentado por loop pode ser um sensor de temperatura, pressão, nível, nível de flutuação – ou outro instrumento de processo
- A chave seletora do calibrador de loop deve ser colocada na posição “leitura” para medir a corrente elétrica
As conexões elétricas para medição de corrente com um calibrador de loop.
Fonte atual
É fácil testar um controlador ou circuito indicador com um calibrador de loop, que pode gerar sinais na faixa de 4 a 20 mA. É útil para calibração antes que qualquer dispositivo seja testado em campo com um sensor ou instrumento de processo.
Para obter corrente:
- O fio vermelho do calibrador deve ser conectado ao terminal positivo da entrada da variável de processo
- O fio preto do calibrador deve ser conectado ao terminal negativo do fio da variável de processo
- A chave seletora do calibrador de loop deve ser colocada na posição “fonte”
- O sinal de corrente de saída pode ser definido usando o botão ajustável
As conexões elétricas para fornecimento de corrente com um calibrador de loop.
Simulando um transmissor alimentado por loop
O calibrador de loop também pode ser usado para simular um transmissor alimentado por loop. Veja como funciona:
- O fio vermelho do calibrador se conecta ao terminal de alimentação da entrada variável do processo
- O fio preto do calibrador se conecta ao terminal positivo da entrada variável do processo
- A chave seletora do calibrador de loop deve ser colocada na posição “dois fios”
- Um nível de corrente predeterminado é definido usando o botão ajustável
As conexões elétricas para simular um calibrador de loop como um transmissor alimentado por loop.
