ترانسمیتر دما چیست؟

ترانسمیتر دما چیست؟ (اصل کاری، انواع، ورودی ها، خروجی ها و کاربردها)

فرستنده دما یک دستگاه الکترونیکی است که برای تبدیل سیگنال تولید شده توسط سنسور دما مانند ترموکوپل، RTD یا ترمیستور به سیگنال ابزار دقیق استاندارد استفاده می شود. این سیگنال دمای فرآیند تحت اندازه گیری و کنترل را نشان می دهد. رایج ترین سیگنال خروجی ابزار دقیق در فرستنده های دما 4 تا 20 میلی آمپر یا محدوده 0-10 ولت DC است. به عنوان مثال، 4 میلی آمپر می تواند 0 درجه سانتی گراد و 20 میلی آمپر به معنای 100 درجه سانتی گراد باشد. سیگنال دما که توسط فرستنده دما اندازه گیری می شود به کنترل کننده ارسال می شود. عمل مورد نیاز برای فرآیند، مانند کاهش یا افزایش دما، توسط دستگاه مربوطه به دستور کنترل کننده انجام می شود.

بنابراین فرستنده ها می توانند سیگنال الکترونیکی را از سنسور دما دریافت کرده و آن را به سیگنال قابل اعتماد تبدیل کنند. این سیگنال به راحتی قابل انتقال است و در اختیار واحد کنترل یا پردازش قرار می گیرد.

معمولاً سیگنال خروجی فرستنده ها به یک دستگاه کنترلی مانند PLC، DCS، PC، کنترلر حلقه، دیتالاگر، نمایشگر یا ضبط کننده ارسال می شود.

فرستنده های دما در اشکال و اندازه های مختلفی تولید می شوند که در پاراگراف های بعدی در مورد آن صحبت خواهیم کرد. انتخاب یک فرستنده دما به کاربرد و محیط مورد استفاده بستگی دارد.

فرستنده های دما به عنوان یک رابط بین سیستم کنترل و سنسور دما عمل می کنند که سیگنال ورودی سنسور را ایزوله، تقویت، خطی و تبدیل می کند و سپس یک سیگنال خروجی استاندارد را به سیستم کنترل ارسال می کند تا بتواند نظارت دقیق دما را با یک دستگاه درجه تداخل پایین کنترل کند. 

اصل کار یک ترانسمیتر دما

فرستنده دما، متناسب با ورودی سنسور دما، جریان خود را از منبع تغذیه DC تامین می کند و در نهایت سیگنال واقعی را به عنوان تغییر در منبع تغذیه ارسال می کند.

به عنوان مثال، یک فرستنده ورودی ترموکوپل، جریان 4 میلی آمپر را از منبع تغذیه در طول اندازه‌گیری کمترین دما می‌گیرد.

سپس، با افزایش دما، فرستنده به طور متناسب جریان بیشتری می کشد تا زمانی که به 20 میلی آمپر برسد، که حداکثر دمایی است که سنسور حس می کند.

به عبارت دیگر 4 و 20 میلی آمپر به ترتیب مربوط به کمترین و بالاترین دمای سنسور است.

مثلا، اگر محدوده دمای سنسور 0-100 ℃ باشد، یک سیگنال 4 میلی آمپر 0 ℃ را نشان می دهد. به همین ترتیب، 20 میلی آمپر به معنای 100 درجه سانتیگراد است.

هنگام استفاده از RTD، پل وتستون برای ایجاد ولتاژ پایین در انتهای آن استفاده می شود. این سیگنال برای تولید یک سیگنال 4-20 میلی آمپر تقویت می شود.

گاهی اوقات، این سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال (ADC) تبدیل می‌شود تا عملکردهای اضافی (مانند کالیبراسیون و مقیاس‌بندی) را فراهم کند، سپس به سیگنال آنالوگ بازگردانده می‌شود.

مدار تهویه مطبوع را می توان برای مقادیر مقاومتی از 15 تا 380 اهم یا چیزی شبیه به برای گنجاندن طیف کاملی از مقادیر RTD طراحی کرد.

هنگامی که یک فرستنده دما در یک سیستم نصب می شود، تغییرات دما باعث تغییر ولتاژ ترموکوپل یا مقاومت داخلی RTD می شود که جریان خروجی بین 4 تا 20 میلی آمپر متغیر است.

این تغییرات منجر به ایجاد یک مدار داخلی می شود که توسط مبدل به داده های دما تبدیل شده و در نهایت به اتاق کنترل ارسال می شود.

 انواع فرستنده ها

فرستنده ها در انواع مختلفی طراحی شده و برای استفاده به بازار عرضه می شوند. یک گروه از فرستنده ها بی سیم و دسته دیگر سیمی هستند. نوع سیمی این ابزارها به دو دسته 2 سیمی و 4 سیمی تقسیم می شود.

ترانسمیتر 2 سیمی دما

فرستنده های دما معمولاً نیاز به منبع تغذیه دارند و به صورت 2 سیم ساخته می شوند. تغذیه و انتقال سیگنال در این مدل ها توسط دو سیم انجام می شود.

ترانسمیتر 4 سیمی دما

فرستنده 4 سیم دارای دو مدار مجزا می باشد. در این مدل از دو سیم برای اتصال به برق و از دو سیم دیگر برای اتصال به کنترلر استفاده می شود. منبع تغذیه بسته به سازنده و مدل دستگاه می تواند AC یا DC باشد.

انواع فرستنده دما بر اساس شکل و اندازه

ترانسمیترهای دما در اشکال و اندازه های مختلفی وجود دارند. انتخاب فرستنده دما به کاربرد و محیط مورد استفاده بستگی دارد.

آنها با توجه به نحوه نصب به دسته های زیر تقسیم می شوند:

مانت پانل یا فرستنده دمای پایه ریلی DIN

فرستنده های هاکی پوک یکی از رایج ترین انواع فرستنده ها هستند و برای کاربردهای اساسی استفاده می شوند. نام آن برگرفته از فاکتور شکل آن است.

ابعاد این فرستنده کوچک است و سخت افزار محدودی را ارائه می دهد. این فرستنده های ارزان قیمت نیز برای کاربردهای OEM و قرار گرفتن در سر پروب های دما مناسب هستند.

همچنین، دو سوراخ نصب در هر طرف فرستنده وجود دارد.

ترانسمیتر دما نصب شده در میدان

این نوع خاص از فرستنده دما در محفظه بیرونی خودش نصب می شود. این ویژگی آن را قادر می‌سازد تا در جایی که شرایط ممکن است به حفاظت بیشتری نیاز داشته باشد، مانند عملیات صنعتی با کارایی بالا، از آن «در میدان» استفاده شود.

با قرار دادن فرستنده های فیلد نصب شده نسبتاً نزدیک به سنسور، قدرت سیگنال افزایش می یابد.

این فرستنده برای محافظت از قطعات حساس الکترونیکی در برابر شرایط مختلف مانند رطوبت، شرایط محیطی، خوردگی و … طراحی می شود.

ورودی های ترانسمیتر دما

فرستنده دما از سیگنال های ورودی مختلف مانند RTD، ترموکوپل، مقاومت و سیگنال ولتاژ پشتیبانی می کند.

ترموکوپل ها و RTD ها رایج ترین انواع ورودی برای فرستنده های دما هستند.

ورودی ترموکوپل

امروزه در صنعت معمولاً فرستنده‌های ترموکوپل برای ترموکوپل‌های پایه فلزی طراحی می‌شوند که عبارتند از: K، T، J و E. می‌توان فرستنده‌هایی را برای انواع دیگر ترموکوپل‌ها یافت، اما ممکن است گران‌تر باشند.

ترموکوپل ها دارای دو سیم هستند و فرستنده آنها باید دارای دو ترمینال ورودی باشد. سیم های ترموکوپل باید به ورودی های فرستنده متصل شوند.

برای استفاده از ترموکوپل، باید یک فرستنده با جبران اتصال سرد ارائه شود. محاوره صفر و اسپان نیز در فرستنده های ترموکوپل رایج است. با این دیالوگ ها می توان دستگاه را کالیبره کرد. این ویژگی زمانی که دستگاه مقادیر نادرست را می خواند بسیار مهم خواهد بود

ورودی آشکارساز دمای مقاومتی (RTD).

ورودی های RTD بسته به مقدار مقاومت آنها طراحی می شوند. مقاومت توسط ماده ای که هنگام ساخت سیم پیچ استفاده می شود تعیین می شود.

پلاتین ماده رایجی است که برای این منظور استفاده می شود و دارای ضریب دمایی 0.00392 //℃ است. از این رو، طیف وسیعی از مقادیر مقاومت را می توان با استفاده از آن ایجاد کرد.

مقاومت می تواند از 10 تا 10000 متغیر باشد، اما رایج ترین نوع آن 100 است که به عنوان PT100 شناخته می شود.

تعیین مقدار RTD گام مهمی در تعیین ورودی برای فرستنده است. مرحله بعدی تعیین تعداد سیم های RTD است.

RTD ها 3 پیکربندی سیم کشی مختلف برای RTD وجود دارد: 2 سیم، 3 سیم و 4 سیم، که هر کدام به مدارهای متفاوتی نیاز دارند.

پیکربندی 3 سیم مقرون به صرفه ترین گزینه است و بهترین دقت و دقت را ارائه می دهد. ترمیستورها زمانی مناسب هستند که محدوده دما کوچک باشد، اما پاسخ باید زیاد باشد

خروجی ترانسمیتر دما

فرستنده های دما به عنوان واسطه بین سنسور و گیرنده عمل می کنند. بنابراین، آنها باید مقداری تولید کنند که توسط گیرنده قابل اندازه گیری باشد.

سیگنال خروجی فرستنده می تواند یکی از جریان های استاندارد 4 -20 میلی آمپر، 0-5 VDC یا 0-10VDVD باشد. 4-20 میلی آمپر رایج ترین نوع سیگنال خروجی در صنعت است.

نیازی به منبع تغذیه اضافی در محل راه دور وجود ندارد زیرا فرستنده توسط جریان خروجی سطح پایین 4 تا 20 میلی آمپر تغذیه می شود. علاوه بر این، سیگنال معمول 24 Vdc برای عملیات در کارخانه هایی که دارای مقادیر زیادی ابزار دقیق هستند، استاندارد است.

سیگنال خروجی فرستنده زمانی که نویز الکتریکی محیط وجود دارد بسیار مصون است. هر نویز ظاهر شده در جریان خروجی معمولاً با رد حالت رایج سیستم گیرنده حذف می شود.

علاوه بر این، سیگنال خروجی جریان، برخلاف اکثر سیگنال های ولتاژ، با افزایش فاصله تغییر نمی کند (کاهش می یابد)

فرستنده دیجیتال دما

اصطلاحی است که وجود داشته و معنای آن در حال تکامل است. از لحاظ تاریخی، فرستنده دیجیتال به عنوان فرستنده هوشمند شناخته می شد.

فرستنده SMART یک فرستنده هوشمند با خروجی آنالوگ 4 تا 20 میلی آمپر است. همچنین، این فرستنده‌ها اطلاعات سیگنال دیجیتالی دیگر از جمله نام‌های برچسب ابزار، داده‌های کالیبراسیون و تشخیص سنسور را ارائه می‌کنند.

برای راه اندازی فرستنده های هوشمند معمولا از پروتکل HART یا FOUNDATION FIELDBUS یا PROFIBUS استفاده می شود.

فرستنده دمای ایزوله

قبل از توضیح فرستنده دمای ایزوله، مهم است که بدانیم حلقه زمین چیست.

اگر یک میله اتصال به زمین در دو نقطه مختلف به زمین وصل شود و یک ولت متر بین آنها وصل شود، اختلاف ولتاژ بین آن دو تشخیص داده می شود.

این اختلاف پتانسیل در واقع بین دو نقطه روی سطح زمین وجود دارد. هنگامی که می خواهیم یک فرآیند را در یک مکان دور اندازه گیری کنیم، این اختلاف ولتاژ باعث ایجاد جریان خطا در طول خط می شود که به آن سیگنال “حلقه زمین” می گویند. نتیجه به صورت خطا روی نمایشگر نشان داده می شود.

بنابراین، برای جلوگیری از خطاهای “حلقه زمین”، باید یک فرستنده دمای ایزوله برای دستگاه خود انتخاب کنید.

این نوع فرستنده به صورت اپتوالکترونیک سیگنال سنسور را از حلقه جریان خروجی جدا می کند.

به این ترتیب کاربر می تواند هم سنسور و هم یک طرف حلقه فعلی را زمین کند. فرستنده های ایزوله با حذف اثرات حلقه زمین، کاهش تداخل ها و ناپایداری های نامطلوب در اندازه گیری سنسور، از دستگاه های الکتریکی پشتیبانی می کنند.

کالیبراسیون فرستنده دما

تنظیم و کالیبراسیون برای افزایش دقت خروجی فرستنده و مطابقت با سنسور خاص استفاده می شود.

تغییرات سیگنال خروجی باید به اندازه کافی تغییرات دما را منعکس کند. مانند هر فرستنده ابزار دقیق، یک فرستنده دما باید کالیبره یا تنظیم شود تا جریان خروجی 4 تا 20 میلی آمپر محدوده دمای متغیر متغیر فرآیند اندازه گیری شده را نشان دهد.

به عنوان مثال، یک فرستنده دما با محدوده دمایی 0 تا 400 درجه سانتی گراد جریان خروجی 4 تا 20 میلی آمپر تولید می کند.

دستگاه هایی که می توانند خروجی سنسورها را شبیه سازی کنند می توانند برای کالیبره کردن فرستنده ها استفاده شوند. به عنوان مثال، به جای سنسور ترموکوپل، می توان از دستگاهی استفاده کرد که طیف وسیعی از میلی ولت را تولید می کند.

برای کالیبره کردن حسگر RTD، از دستگاهی استفاده می‌شود که طیف وسیعی از مقاومت‌ها را تولید می‌کند که جعبه دهه نامیده می‌شود.

کالیبراسیون تمپرچر ترنسمیتر به سبک قدیمی

فرستنده های دما قدیمی تر تنظیمات پتانسیومتر چند دور به نام Zero و Span را ارائه می دهند. پتانسیومترهای صفر در هنگام شبیه سازی دمای 0 درصد جریانی معادل 4 میلی آمپر تولید می کنند.

اسپان پتانسیومتر همچنین برای تولید جریان 20 میلی آمپر هنگام شبیه سازی 100 درصد دما استفاده می شود

کالیبراسیون ترانسمیتر دما سبک جدید

فرستنده های جدید تنظیمات Span و Zero را ارائه نمی دهند و کالیبراسیون از طریق نرم افزار انجام می شود. در این حالت معمولاً برای اتصال فرستنده به کامپیوتر به یک کابل USB نیاز است.

فرستنده دما هوشمند برای پیکربندی آزادانه از سوئیچ DIP یا رایانه شخصی استفاده می کند. نوع سیگنال ورودی، محدوده اندازه گیری و جبران اتصال سرد ترموکوپل، عملکرد ارتباطی HART اختیاری به طور خودکار توسط فرستنده با دقت بالا، طول عمر طولانی، رانش در دمای پایین و جایگزینی آسان تنظیم می شود.

فرستنده های دما هوشمند به سرعت برای یک برنامه خاص پیکربندی می شوند. آنها پیکربندی را از طریق PAD یا رایانه شخصی استاندارد با استفاده از نرم افزار اجازه می دهند. ما می توانیم پارامترهای ورودی، خروجی، تشخیص خطای سنسور و کالیبراسیون فرآیند را در چند دقیقه پیکربندی کنیم.

فرستنده دمای بی سیم

فرستنده های بی سیم جدیدترین مدل ها هستند. در این دستگاه ها از سیگنال وای فای برای انتقال سیگنال به گیرنده یا کنترلرها استفاده می شود. پس از دریافت سیگنال، می توان آن را به رایانه فرستاد تا ذخیره شود و چاپ شود یا بعداً در صفحه گسترده صادر شود. همچنین، سیگنال دریافتی را می توان از طریق سیم به عنوان یک سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر به یک PLC ارسال کرد.

چرا باید از ترانسمیتر دما استفاده کنیم؟

در بسیاری از موارد صنعتی، دمای یک فرآیند باید از راه دور کنترل شود. سیگنال های تولید شده توسط سنسورهای دما، مانند ترموکوپل ها، سیگنال های بسیار ضعیفی هستند و نمی توانند در فواصل طولانی ارسال شوند.

این سنسورها را می توان به یک فرستنده متصل کرد تا سیگنال های کوچک را تقویت کرده و به مقدار مورد نظر سیستم کنترل برسد. هنگامی که سیگنال ها قابل انتقال می شوند، می توانند به تجهیزات کنترل و کنترل کننده ها منتقل شوند

مزایای استفاده از ترانسمیتر دما

استفاده از این ابزار نسبت به استفاده از همتایان با سیم مستقیم آن مزایای بی شماری دارد که عبارتند از:

نویز الکتریکی و تخریب سیگنال با استفاده از فرستنده ها تا حد زیادی کاهش می یابد.

هزینه استفاده از سیم کششی گران قیمت با استفاده از فرستنده به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

فرستنده‌های دما این قابلیت را دارند که نشان‌دهنده و کنترل موضعی داشته باشند و تشخیص‌های پیشرفته را ارائه دهند.

ترانسمیتر دما در چه صنایعی استفاده می شود؟

ترانسمیترهای دما به طور گسترده در صنایع بزرگ که سنسورهای دما مورد استفاده قرار می گیرند از جمله:

هوافضا، شیمیایی، غذا و نوشیدنی، انرژی، تهویه مطبوع، آبکاری فلز، معدن، نفت و گاز، پتروشیمی، مدیریت پسماند و آب

نحوه انتخاب فرستنده دمای مناسب:

عملکرد یک فرستنده دما را درک کنید

ورودی ها را شناسایی کنید

خروجی ها را شناسایی کنید

منبع تغذیه را شناسایی کنید

تامین کننده را پیدا کنید

عملکرد یک فرستنده دما را درک کنید

اگر قبلاً این کار را نکرده‌اید، باید وقت بگذارید و بخش‌های بالا را بخوانید تا یک نمای کلی کامل از عملکرد یک فرستنده دما داشته باشید.

چند نکته را که باید قبل از رفتن به مرحله بعد در نظر گرفت:

فرستنده در کجا نصب خواهد شد؟ در چه نوع محیطی باید کار کند؟

یک خطای اندازه گیری چقدر هزینه دارد؟ این میزان پیچیدگی مورد نیاز فرستنده شما را تعیین می کند.

آیا فرستنده باید قابل برنامه ریزی باشد؟

ورودی ها را شناسایی کنید

بسته به اینکه از ترموکوپل یا RTD استفاده می کنید، باید ورودی های مناسب را انتخاب کنید. این بستگی به سنسور شما دارد. محدوده دما و دقت باید برای تعیین نوع ترموکوپل و RTD مورد نظر استفاده شود. به عنوان مثال، ترموکوپل نوع K برای محدوده دمایی 200- تا 1260 درجه سانتیگراد استفاده می شود.

خروجی ها را شناسایی کنید

شما باید بتوانید کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) یا واحد جمع آوری داده خود را بررسی کنید و تعیین کنید که کدام نوع خروجی باید از فرستنده ها ارسال شود. این معمولاً یک سیگنال 4-20 میلی آمپر است، اما 0-5VDC و 0-10VDC نیز خروجی های استاندارد هستند.

منبع تغذیه را شناسایی کنید

منبع تغذیه چیزی است که باید بر اساس سایر اجزای سیستم خود تصمیم بگیرید. اگر لوازم الکترونیکی دارید که با ولتاژ 12VDC کار می کند، منطقی است که از 12VDC به عنوان منبع تغذیه خود استفاده کنید. اگر هیچ نیازی ندارید، از 24VDC به عنوان منبع تغذیه استفاده کنید. این استاندارد صنعتی است.

تامین کننده پیدا کنید

هنگامی که آماده خرید فرستنده خود هستید، مهم است که تامین کننده ای را پیدا کنید که بتواند تقاضای شما را برآورده کند. برگه اطلاعات محصولی را که فکر می‌کنید به بهترین شکل با ورودی‌ها، خروجی‌ها و منبع تغذیه شما مطابقت دارد پیدا کنید، سپس همه الزامات موجود در برگه داده را تأیید کنید.

حتما وقت بگذارید. انتخاب فرستنده مناسب برای برنامه شما مستلزم درک روشنی از نحوه ادغام آن در فرآیندهای شما، دقیقا نیازهای شما و چگونگی تاثیر محیط آن بر عملکرد آن است.

یافتن تامین کننده ای که بتواند به شما کمک کند و به سوالات شما پاسخ دهد، هنگام انتخاب یک فرستنده برای یک برنامه جدید ضروری است.

یک دوست، مشتری یا همکار دارید که بتواند از برخی از این اطلاعات استفاده کند؟ لطفاً این مقاله را به اشتراک بگذارید.

 در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.