O isolamento elétrico evita uma ligação condutiva indesejada entre o ponto de medição e o instrumento. Podem ser utilizados sensores de fibra óptica, medição infravermelha sem contato ou sensores elétricos com isolamento e condicionamento de sinal adequados. O método depende da tarefa e da instalação. A cadeia completa deve ser verificada, pois o nome do sensor não define sozinho o isolamento do sistema.
Para aplicações em que o próprio ponto sensor precisa permanecer eletricamente isolado do instrumento, uma sonda de temperatura de fibra óptica oferece uma solução especialmente direta, pois o sinal de temperatura é transmitido opticamente, e não por fiação condutora de medição. A medição pontual de temperatura de fibra óptica baseada em fluorescência usa sondas que medem, cada uma, um ponto definido de temperatura, e nenhum sinal elétrico condutor de medição percorre a fibra.
Isolação elétrica não significa que o equipamento não tenha tensão, que toda a instalação esteja completamente desconectada eletricamente ou que todos os riscos elétricos desapareçam. Significa que o caminho de medição de temperatura foi projetado para evitar condução elétrica indesejada entre o ponto sensor e os circuitos eletrônicos de medição.
O que significa medição de temperatura eletricamente isolada?
A isolação elétrica na medição de temperatura significa impedir uma conexão elétrica condutora indesejada entre o ponto de medição e os circuitos eletrônicos ou sistema de aquisição. A isolação pode ser aplicada em vários locais, incluindo o caminho entre sensor e instrumento, uma entrada ou saída de transmissor, um canal de aquisição, uma fonte de alimentação ou uma interface de comunicação. A isolação em um transmissor ou interface de comunicação, por si só, não isola o ponto sensor.
Isolação galvânica e caminho óptico de medição são conceitos relacionados, mas não idênticos. Um sensor elétrico convencional ainda pode fazer parte de um sistema eletricamente isolado se forem usados circuitos adequados de isolação em um ponto posterior da cadeia de sinais.
Por que é necessária isolação elétrica na medição de temperatura?
A isolação elétrica se torna relevante onde há grandes diferenças de potencial, equipamentos energizados, diferenças de aterramento, preocupações com laços de terra, campos elétricos intensos, restrições à fiação condutora de sensores ou circuitos eletrônicos de medição em potencial elétrico diferente do ponto sensor.
Nem toda medição de temperatura exige isolação elétrica. Ela se torna um requisito apenas quando o ambiente de medição ou a arquitetura do sistema exige.
Quais métodos de medição de temperatura fornecem isolação elétrica?
| Método | Sinal do sensor | Abordagem de isolação | Mais adequado para |
|---|---|---|---|
| Sensor de temperatura de fibra óptica | Sinal óptico | Caminho óptico de medição não condutor | Medição pontual direta quando é necessária isolação no nível do sensor |
| Pt100 / RTD com circuitos eletrônicos isolados | Resistência elétrica | Isolação elétrica no transmissor / sistema de aquisição | Medição convencional de temperatura industrial |
| Termopar com entrada isolada | Sinal elétrico em milivolts | Condicionamento isolado de sinais | Medição de processos industriais |
| Sensor infravermelho | Óptico, sem contato | Sem conexão física do sensor com o alvo | Superfícies acessíveis |
Medição de temperatura de fibra óptica para isolação elétrica
A medição de temperatura de fibra óptica elimina a fiação elétrica condutora de medição do caminho do sinal do sensor. A ponta da sonda é colocada no ponto selecionado, a temperatura altera a resposta óptica do material sensor, o sinal óptico percorre a fibra e o instrumento de monitoramento calcula a temperatura.
Essa é uma medição pontual direta. Não é medição sem contato nem de uma área inteira — a sonda informa a temperatura no local específico onde está instalada.
Sensores Pt100 podem ser usados para medição de temperatura eletricamente isolada?
Sim. Sensores Pt100 / RTD são sensores de resistência elétrica, e a isolação no nível do sistema pode ser obtida usando um transmissor isolado, um módulo de entrada isolado, isolação apropriada, fiação adequada e blindagem ou aterramento quando necessário.
Pt100 continua sendo prático para muitos sistemas convencionais. Quando o próprio cabo do sensor não pode formar um caminho condutor até o ponto de medição, a medição de fibra óptica pode ser mais adequada.
Termopares podem ser eletricamente isolados?
Sim, dependendo da instalação e do projeto de condicionamento de sinais. Um termopar usa um pequeno sinal elétrico de tensão, e a isolação pode ser implementada usando uma junção isolada, um amplificador isolado, um transmissor isolado ou um canal de aquisição isolado.
Os próprios condutores ainda existem entre o ponto sensor e os circuitos eletrônicos. Por isso, isolação óptica no nível do sensor e isolação elétrica no nível do sistema são conceitos diferentes, embora ambas possam ser descritas como medição "isolada".
Fibra óptica, Pt100, termopar e infravermelho
| Método | Tipo de contato | Caminho do sinal | Isolação elétrica | Principal limitação |
|---|---|---|---|---|
| Fibra óptica | Contato / incorporado | Óptico | Caminho óptico de medição não condutor | Exige acesso para a sonda |
| Pt100 | Contato | Elétrico | Depende do projeto do sistema | Condutores elétricos |
| Termopar | Contato | Elétrico | Depende do projeto de isolação | Condutores elétricos |
| Infravermelho | Sem contato | Óptico | Sem contato elétrico com o alvo | Exige linha de visada |
Isolação no nível do sensor e no nível do instrumento
Isolação no nível do sensor significa que não há fiação condutora de medição a partir do ponto sensor — uma sonda de temperatura de fibra óptica é um exemplo típico. Isolação no nível do instrumento significa que existe fiação elétrica do sensor no ponto de medição, mas circuitos eletrônicos isolados separam essa entrada do restante do sistema, como em um transmissor RTD isolado ou módulo de termopar isolado.
Essas duas abordagens atendem a requisitos diferentes de isolação elétrica, e a escolha correta depende de onde a isolação é realmente necessária na cadeia de medição.
Medição de temperatura eletricamente isolada em transformadores
Transformadores podem exigir medição direta da temperatura dos enrolamentos em um ponto sensor interno com alto potencial elétrico. Uma sonda de fibra óptica pode ser incorporada em um local selecionado do enrolamento durante a fabricação, proporcionando um caminho de medição eletricamente isolado até esse ponto. A lógica detalhada de posicionamento dessa aplicação é abordada em um artigo relacionado sobre como a temperatura dos enrolamentos de transformadores é medida.
Isolação elétrica na medição de temperatura de equipamentos de alta tensão
Em painéis elétricos, barramentos, terminações de cabos, condutores energizados e equipamentos de ensaio elétrico, o ponto de medição pode operar em potencial elétrico diferente do instrumento de monitoramento. A medição óptica evita um caminho condutor de sinal de temperatura entre esses dois locais. Esse é um dos principais motivos pelos quais a medição de fibra óptica é usada para medição de temperatura em alta tensão.
Medição de temperatura em eletrônica de potência, IGBT e SiC
Ensaios de eletrônica de potência podem envolver alta tensão de chaveamento, transientes rápidos, EMI intensa e potenciais elétricos flutuantes. A medição isolada de temperatura pode ser aplicada na superfície de um módulo, no encapsulamento de um dispositivo, em um ponto térmico selecionado ou em um dispositivo de ensaio.
A medição deve ser descrita como a temperatura no local físico da sonda, e não como temperatura direta de junção, a menos que a instalação do sensor corresponda especificamente a esse ponto de medição.
Medição de temperatura em RF e micro-ondas
Sensores condutores de temperatura podem interagir com ambientes de RF ou micro-ondas, dependendo da configuração. Uma sonda de fibra óptica fornece um caminho de medição não condutor e pode ser usada em aquecimento por micro-ondas, sistemas de ensaio de RF, aquecimento dielétrico e equipamentos industriais de micro-ondas.
Medição de temperatura em campos magnéticos intensos e sistemas de ressonância magnética
Em ambientes de campos magnéticos intensos, arranjos sensores elétricos e metálicos podem exigir consideração especial. A medição de fibra óptica oferece um caminho de sinal óptico eletricamente isolado que pode ser adequado para pontos selecionados de medição de temperatura em ambientes magnéticos intensos.
A compatibilidade com um sistema específico de ressonância magnética ou de campo magnético deve ser confirmada conforme os materiais da sonda, o posicionamento do instrumento e os requisitos do fabricante do equipamento, em vez de presumida a partir de um valor geral de intensidade de campo.
Medição de temperatura eletricamente isolada em laboratórios de ensaio de alta tensão
Em um laboratório de ensaio, o objeto de ensaio e o instrumento de monitoramento podem ficar fisicamente separados, com o comprimento da fibra permitindo o posicionamento remoto do instrumento. Isso se aplica a ensaios dielétricos, ensaios de isolação, bancadas de ensaio de equipamentos elétricos e pesquisa em alta tensão, nos quais as distâncias seguras reais e os procedimentos de tensão de ensaio devem seguir as normas aplicáveis da instalação.
Quando a medição infravermelha sem contato é mais adequada?
A medição infravermelha é adequada para superfícies acessíveis, alvos visíveis, inspeções temporárias e situações em que a instalação de sondas não é prática. A medição de fibra óptica geralmente é considerada para medição pontual interna, medição incorporada, medição contínua por contato e locais fechados onde há acesso para a sonda.
Qual é a relação entre EMI e isolação elétrica?
Isolação elétrica e resistência à interferência eletromagnética são benefícios relacionados em algumas aplicações, mas não são o mesmo conceito. A isolação elétrica impede conexões elétricas condutoras indesejadas, enquanto a resistência à interferência eletromagnética descreve a resistência do caminho de medição à interferência eletromagnética. A medição de fibra óptica pode fornecer as duas vantagens ao longo do caminho óptico de medição, mas elas não devem ser tratadas como um único conceito.
É possível monitorar vários pontos de temperatura eletricamente isolados?
Sim. Uma sonda pontual normalmente usa um canal de medição, e um sistema multicanal pode monitorar vários pontos em enrolamentos de transformadores, conexões de painéis elétricos, objetos de ensaio, locais de eletrônica de potência ou equipamentos de laboratório.
Para projetos especiais, aproximadamente 1-64 canais podem ser configuráveis, dependendo do instrumento de monitoramento e dos requisitos do projeto, embora nem todos os produtos suportem essa faixa completa. O planejamento de canais é discutido em mais detalhes em um artigo relacionado sobre quantos canais são necessários para monitoramento de temperatura de fibra óptica.
A que distância o sensor pode ficar do instrumento de monitoramento?
O comprimento da fibra é um parâmetro de trajeto, e não de faixa de temperatura. Configurações típicas de sondas pontuais INNO suportam aproximadamente 0-20 m, dependendo da estrutura da sonda e dos requisitos do projeto, enquanto 3-5 m é uma referência inicial prática para muitas aplicações em equipamentos. O comprimento real deve seguir o trajeto efetivo, a posição do instrumento, a localização da passagem e a folga para instalação, conforme descrito em um guia específico sobre como escolher o comprimento de fibra adequado para um sensor de temperatura de fibra óptica.
A isolação elétrica afeta a exatidão da temperatura?
A isolação elétrica, por si só, não torna automaticamente um sensor de temperatura mais exato. A exatidão depende da tecnologia do sensor, do projeto da sonda, do elemento sensor, do instrumento de monitoramento, do contato térmico, da configuração do sistema e das condições da aplicação.
A vantagem de isolação dos sensores de fibra óptica atende principalmente ao ambiente elétrico de medição, e não a uma garantia de maior exatidão.
Como escolher um método de medição de temperatura eletricamente isolada
Se for necessária medição direta por contato sem caminho condutor de medição, a medição de temperatura de fibra óptica é uma opção adequada. Se a medição elétrica convencional for aceitável, mas for necessária isolação posterior, Pt100 / RTD com transmissor isolado pode funcionar. Se for necessária ampla compatibilidade com processos industriais, um termopar com entrada isolada é comum. Se for necessária apenas a temperatura de superfícies acessíveis, a medição infravermelha é apropriada. Para vários pontos isolados, pode ser usado um sistema multicanal de fibra óptica ou um sistema adequado de aquisição isolada.
Guia de seleção de medição de temperatura eletricamente isolada
| Requisito | Orientação prática |
|---|---|
| Sem caminho condutor de sinal no ponto de medição | Sensor de temperatura de fibra óptica |
| Medição convencional com RTD e saída isolada | Pt100 + transmissor isolado |
| Medição de processo com termopar e isolação | Termopar + aquisição isolada |
| Apenas superfície acessível | Medição infravermelha |
| Ponto interno de alto potencial | Sonda de fibra óptica quando a instalação permitir |
| Ambiente intenso de RF / micro-ondas | A medição de fibra óptica pode ser adequada |
| Medição isolada multiponto | Sistema multicanal de monitoramento de fibra óptica |
A seleção final depende do projeto do equipamento e do nível necessário de isolação elétrica.
Quais informações são necessárias antes de selecionar um sensor de temperatura isolado?
- Tipo de equipamento
- Ponto de medição
- Potencial elétrico no local de medição
- Tipo necessário de isolação elétrica
- Medição com ou sem contato
- Temperatura interna ou superficial
- Faixa de temperatura necessária
- Temperatura de operação esperada
- Dimensões da sonda
- Comprimento da fibra ou cabo
- Quantidade de pontos de medição
- Quantidade de canais
- Localização do instrumento de monitoramento
- Ambiente de EMI / RF / campo magnético
- Interface de comunicação necessária
- Necessidade de saída de alarme
- Requisito de PLC / SCADA
- Espaço de instalação
Equívocos comuns sobre medição de temperatura eletricamente isolada
Isolação elétrica significa que não há tensão presente. Isso está incorreto. A isolação se refere à separação no caminho de medição, e não à ausência de tensão.
Somente sensores de fibra óptica podem ser usados em sistemas isolados. Isso está incorreto. Sistemas Pt100 e de termopares podem usar transmissores ou módulos de aquisição isolados.
Um transmissor isolado torna a fiação do sensor não condutora. Isso está incorreto. Os cabos do sensor continuam condutores; a isolação ocorre nos circuitos eletrônicos.
A medição de temperatura de fibra óptica é sempre mais exata. Isso está incorreto. Seus principais benefícios são a isolação óptica e a resistência à interferência eletromagnética, e não automaticamente maior exatidão.
Sensores de temperatura infravermelhos e de fibra óptica fazem a mesma medição. Isso está incorreto. O infravermelho normalmente mede superfícies sem contato, enquanto sondas de fibra óptica fornecem medição pontual direta onde a sonda está posicionada.