El aislamiento eléctrico evita una conexión conductora no deseada entre el punto de medida y el instrumento. Pueden utilizarse sensores de fibra óptica, medición infrarroja sin contacto o sensores eléctricos con aislamiento y acondicionamiento adecuados. El método depende de la tarea y del montaje. Debe comprobarse toda la cadena, porque la denominación del sensor no define por sí sola el aislamiento de la instalación.
Para aplicaciones donde el punto de detección debe permanecer aislado eléctricamente del instrumento, una sonda de temperatura de fibra óptica proporciona una solución particularmente directa porque la señal de temperatura se transmite ópticamente en lugar de a través de cableado de medición conductivo. Detección de temperatura de fibra óptica puntual basada en fluorescencia utiliza sondas que miden cada una un punto de temperatura definido y ninguna señal de medición eléctrica conductiva viaja a través de la fibra.
El aislamiento eléctrico no significa que el equipo no tenga tensión, que toda la instalación quede completamente desconectada eléctricamente, ni que desaparezcan todos los riesgos eléctricos. Significa que la ruta de medición de temperatura está diseñada para evitar una conducción eléctrica no deseada entre el punto de detección y la electrónica de medición.
¿Qué significa la medición de temperatura aislada eléctricamente?
El aislamiento eléctrico en la medición de temperatura significa evitar una conexión eléctrica conductiva no deseada entre el punto de medición y la electrónica de medición o el sistema de adquisición. El aislamiento se puede aplicar en varios lugares, incluida la ruta del sensor al instrumento, una entrada o salida del transmisor, un canal de adquisición, una fuente de alimentación o una interfaz de comunicación. El aislamiento en un transmisor o interfaz de comunicación no aísla por sí solo el punto de detección.
El aislamiento galvánico y una ruta de detección óptica son conceptos relacionados pero no idénticos. Un sensor eléctrico convencional todavía puede formar parte de un sistema aislado eléctricamente si se utiliza una electrónica de aislamiento adecuada a lo largo de la cadena de señales.
¿Por qué es necesario el aislamiento eléctrico en la medición de temperatura?
El aislamiento eléctrico se vuelve relevante cuando hay grandes diferencias de potencial, equipos energizados, diferencias de conexión a tierra, problemas de bucle de tierra, campos eléctricos fuertes, restricciones de cableado de sensores conductivos o componentes electrónicos de medición ubicados en un potencial eléctrico diferente al del punto de detección.
No todas las mediciones de temperatura requieren aislamiento eléctrico. Se convierte en un requisito sólo cuando el entorno de medición o la arquitectura del sistema lo requieren.
¿Qué métodos de medición de temperatura proporcionan aislamiento eléctrico?
| Método | Señal del sensor | Enfoque de aislamiento | Más adecuado para |
|---|---|---|---|
| Sensor de temperatura de fibra óptica | Señal óptica | Ruta de detección óptica no conductora | Medición de punto directo donde se requiere aislamiento a nivel de sensor |
| Pt100 / RTD con electrónica aislada | Resistencia eléctrica | Aislamiento eléctrico en el transmisor/sistema de adquisición | Medición de temperatura industrial convencional |
| Termopar con entrada aislada | Señal eléctrica en milivoltios | Acondicionamiento de señal aislado | Medición de procesos industriales |
| Sensor de infrarrojos | Óptico, sin contacto | No hay conexión del sensor físico al objetivo | Superficies accesibles |
Medición de temperatura de fibra óptica para aislamiento eléctrico
La detección de temperatura de fibra óptica elimina el cableado conductor de medición eléctrica de la ruta de la señal del sensor. La punta de la sonda se coloca en el punto seleccionado, la temperatura cambia la respuesta óptica del material sensor, la señal óptica viaja a través de la fibra y el instrumento de monitoreo calcula la temperatura.
Esta es una medición puntual directa. No es una medición sin contacto y no es una medición de área completa: la sonda informa la temperatura en el lugar específico donde está instalada.
¿Se pueden utilizar los sensores Pt100 para mediciones de temperatura aisladas eléctricamente?
Sí. Los sensores Pt100/RTD son sensores de resistencia eléctrica y el aislamiento a nivel del sistema se puede lograr utilizando un transmisor aislado, un módulo de entrada aislado, aislamiento apropiado, cableado adecuado y blindaje o conexión a tierra cuando sea necesario.
Pt100 sigue siendo práctico para muchos sistemas convencionales. Cuando el cable del sensor en sí no debe formar un camino conductor hacia el punto de medición, la detección de fibra óptica puede ser más apropiada.
¿Se pueden aislar eléctricamente los termopares?
Sí, dependiendo de la instalación y del diseño de acondicionamiento de señal. Un termopar utiliza una pequeña señal de voltaje eléctrico y el aislamiento se puede implementar mediante una unión aislada, un amplificador aislado, un transmisor aislado o un canal de adquisición aislado.
Los cables conductores todavía existen entre el punto de detección y la electrónica. Esta es la razón por la que el aislamiento óptico a nivel de sensor y el aislamiento eléctrico a nivel de sistema son conceptos diferentes, aunque ambos pueden describirse como medición "aislada".
Fibra óptica frente a Pt100 frente a termopar frente a infrarrojos
| Método | Tipo de contacto | Ruta de señal | Aislamiento eléctrico | Limitación principal |
|---|---|---|---|---|
| Fibra Óptica | Contacto/integrado | Óptico | Ruta de detección óptica no conductora | Requiere acceso a la sonda |
| Pt100 | Contacto | Eléctrico | Depende del diseño del sistema | Cables conductores |
| Termopar | Contacto | Eléctrico | Depende del diseño de aislamiento | Cables conductores |
| Infrarrojos | Sin contacto | Óptico | No hay contacto eléctrico con el objetivo | Requiere línea de visión |
Aislamiento a nivel de sensor versus aislamiento a nivel de instrumento
El aislamiento a nivel del sensor significa que no hay cableado de medición conductivo desde el punto de detección; una sonda de temperatura de fibra óptica es un ejemplo típico. El aislamiento a nivel de instrumento significa que existe cableado del sensor eléctrico en el punto de medición, pero la electrónica aislada separa esa entrada del sistema aguas abajo, como ocurre con un transmisor RTD aislado o un módulo de termopar aislado.
Estos dos enfoques resuelven diferentes requisitos de aislamiento eléctrico, y la elección correcta depende de en qué parte de la cadena de medición se necesita realmente el aislamiento.
Medición de temperatura aislada eléctricamente en transformadores
Los transformadores pueden requerir una medición directa de la temperatura del devanado en un punto de detección interno de alto potencial eléctrico. Se puede incrustar una sonda de fibra óptica en una ubicación de bobinado seleccionada durante la fabricación, proporcionando una ruta de detección eléctricamente aislada hasta ese punto. La lógica de ubicación detallada para esta aplicación se trata en un artículo relacionado sobre cómo se mide la temperatura del devanado del transformador.
Aislamiento eléctrico en medición de temperatura de equipos de alto voltaje
En aparamenta, barras colectoras, terminaciones de cables, conductores energizados y equipos de prueba eléctrica, el punto de medición puede operar a un potencial eléctrico diferente al del instrumento de monitoreo. La detección óptica evita una ruta conductora de señal de temperatura entre estas dos ubicaciones. Esta es una de las principales razones por las que se utiliza la detección de fibra óptica para medición de temperatura de alto voltaje .
Medición de temperatura en electrónica de potencia, IGBT y SiC
Las pruebas de electrónica de potencia pueden implicar alto voltaje de conmutación, transitorios rápidos, EMI fuerte y potenciales eléctricos flotantes. La medición de temperatura aislada se puede aplicar en la superficie de un módulo, paquete de dispositivo, punto térmico seleccionado o dispositivo de prueba.
La medición debe describirse como la temperatura en la ubicación física de la sonda en lugar de como una temperatura de unión directa, a menos que la instalación del sensor corresponda específicamente a ese punto de medición.
Medición de temperatura por RF y microondas
Los sensores de temperatura conductivos pueden interactuar con entornos de RF o microondas según la configuración. Una sonda de fibra óptica proporciona una ruta de detección no conductora y puede usarse en calentamiento por microondas, sistemas de prueba de RF, calentamiento dieléctrico y equipos de microondas industriales.
Medición de temperatura en campos magnéticos fuertes y sistemas de resonancia magnética
En entornos con campos magnéticos fuertes, las disposiciones de detección eléctricas y metálicas pueden requerir una consideración especial. La detección de fibra óptica ofrece una ruta de señal óptica aislada eléctricamente que puede ser adecuada para puntos de medición de temperatura seleccionados en entornos magnéticos fuertes.
La compatibilidad con un sistema de campo magnético o resonancia magnética específico debe confirmarse con los materiales de la sonda, la ubicación del instrumento y los requisitos del fabricante del equipo en lugar de asumirse a partir de un valor general de intensidad de campo.
Medición de temperatura aislada eléctricamente en laboratorios de pruebas de alto voltaje
En un laboratorio de pruebas, el objeto de prueba y el instrumento de monitoreo se pueden separar físicamente, y la longitud de la fibra admite la colocación remota del instrumento. Esto se aplica a las pruebas dieléctricas, pruebas de aislamiento, bancos de pruebas de equipos eléctricos e investigaciones de alto voltaje, donde las distancias seguras reales y los procedimientos de prueba de voltaje deben seguir los estándares de instalación aplicables.
¿Cuándo es mejor la medición por infrarrojos sin contacto?
La medición por infrarrojos es muy adecuada para superficies accesibles, objetivos visibles, inspecciones temporales y situaciones donde la instalación de la sonda no es práctica. La detección de fibra óptica generalmente se considera para medición de puntos internos, medición integrada, medición de contacto continuo y ubicaciones cerradas donde está disponible el acceso a la sonda.
¿Cómo se relaciona la EMI con el aislamiento eléctrico?
El aislamiento eléctrico y la resistencia a interferencias electromagnéticas son beneficios relacionados en algunas aplicaciones, pero no son el mismo concepto. El aislamiento eléctrico evita conexiones eléctricas conductivas no deseadas, mientras que la resistencia a las interferencias electromagnéticas describe la resistencia del camino de medición a las interferencias electromagnéticas. La detección por fibra óptica puede proporcionar ambas ventajas a lo largo del camino de detección óptica, pero no deben tratarse como un concepto único.
¿Se pueden monitorear múltiples puntos de temperatura aislados eléctricamente?
Sí. Una sonda puntual normalmente utiliza un canal de medición, y un sistema multicanal puede monitorear múltiples puntos de devanado de transformadores, conexiones de aparamenta, objetos de prueba, ubicaciones de electrónica de potencia o equipos de laboratorio.
Para proyectos especiales, se pueden configurar aproximadamente entre 1 y 64 canales según el instrumento de monitoreo y los requisitos del proyecto, aunque no todos los productos admiten esta gama completa. La planificación de canales se analiza con más detalle en un artículo relacionado sobre cuántos canales se necesitan para el monitoreo de la temperatura de la fibra óptica.
¿A qué distancia puede estar el sensor del instrumento de monitoreo?
La longitud de la fibra es un parámetro de enrutamiento, no un parámetro de rango de temperatura. Las configuraciones típicas de sonda puntual INNO admiten aproximadamente 0-20 m dependiendo de la estructura de la sonda y los requisitos del proyecto, mientras que 3-5 m es una referencia inicial práctica para muchas aplicaciones de equipos. La longitud real debe seguir la ruta de enrutamiento real, la posición del instrumento, la ubicación del paso y el margen de instalación, como se describe en una guía dedicada sobre cómo elegir la longitud de fibra adecuada para un sensor de temperatura de fibra óptica.
¿El aislamiento eléctrico afecta la precisión de la temperatura?
El aislamiento eléctrico en sí no hace que un sensor de temperatura sea más preciso automáticamente. La precisión depende de la tecnología del sensor, el diseño de la sonda, el elemento sensor, el instrumento de monitoreo, el contacto térmico, la configuración del sistema y las condiciones de aplicación.
La ventaja de aislamiento de los sensores de fibra óptica aborda principalmente el entorno de medición eléctrica, no una garantía de mayor precisión.
Cómo elegir un método de medición de temperatura aislado eléctricamente
Si se necesita una medición por contacto directo sin una ruta de medición conductora, la detección de temperatura por fibra óptica es una dirección adecuada. Si la detección eléctrica convencional es aceptable pero se necesita aislamiento aguas abajo, puede funcionar el Pt100/RTD con un transmisor aislado. Si se necesita una amplia compatibilidad de procesos industriales, lo común es un termopar con una entrada aislada. Si sólo se requiere la temperatura de la superficie accesible, la medición por infrarrojos es adecuada. Para múltiples puntos aislados, se puede utilizar un sistema de fibra óptica multicanal o un sistema de adquisición aislado adecuado.
Guía de selección de mediciones de temperatura aisladas eléctricamente
| Requisito | Dirección práctica |
|---|---|
| No hay ruta de señal conductora en el punto de medición | Sensor de temperatura de fibra óptica |
| Medición RTD convencional con salida aislada | Pt100 + transmisor aislado |
| Medición de proceso por termopar con aislamiento | Termopar + adquisición aislada |
| Sólo superficie accesible | Medición infrarroja |
| Punto interno de alto potencial | Sonda de fibra óptica donde la instalación lo permita |
| Entorno fuerte de RF/microondas | La detección de fibra óptica puede ser adecuada |
| Detección aislada multipunto | Sistema de monitoreo de fibra óptica multicanal |
La selección final depende del diseño del equipo y del nivel requerido de aislamiento eléctrico.
¿Qué información se necesita antes de seleccionar un sensor de temperatura aislado?
- Tipo de equipo
- Punto de medición
- Potencial eléctrico en el lugar de detección
- Tipo de aislamiento eléctrico requerido
- Medición con o sin contacto
- Temperatura interna o superficial
- Rango de temperatura requerido
- Temperatura de funcionamiento esperada
- Dimensiones de la sonda
- Longitud de fibra o cable
- Número de puntos de medición
- Número de canales
- Ubicación del instrumento de monitoreo
- EMI / RF / entorno magnético
- Interfaz de comunicación requerida
- Requisito de salida de alarma
- Requisito de PLC/SCADA
- Espacio de instalación
Malentendidos comunes en la medición de temperatura aislada eléctricamente
El aislamiento eléctrico significa que no hay voltaje presente. Esto es incorrecto. El aislamiento se refiere a la separación en la ruta de medición, no a la ausencia de voltaje.
Sólo se pueden utilizar sensores de fibra óptica en sistemas aislados. Esto es incorrecto. Los sistemas Pt100 y termopares pueden utilizar transmisores aislados o módulos de adquisición.
Un transmisor aislado hace que el cableado del sensor no sea conductor. Esto es incorrecto. Los cables del sensor siguen siendo conductores; El aislamiento se produce en la electrónica.
La detección de temperatura de fibra óptica siempre es más precisa. Esto es incorrecto. Sus principales ventajas son el aislamiento óptico y la resistencia a las interferencias electromagnéticas, no una mayor precisión automática.
Los sensores de temperatura infrarrojos y de fibra óptica realizan la misma medición. Esto es incorrecto. El infrarrojo normalmente es una medición de superficie sin contacto, mientras que las sondas de fibra óptica proporcionan detección directa del punto donde se coloca la sonda.