مقالات, مقالات ابزار دقیق
ترانسمیتر چیست؟ و انواع آن
آذر
در این مقاله قصد داریم به معرفی ترانسمیتر و انواع آن بپردازیم.
فهرست مطالب
- 1- مقدمه
- 2- ترانسمیتر چیست؟
- 3- انواع ترانسمیتر
- 4- تفاوت سیگنال پنوماتیک و الکتریکی
- 5- ترانسمیترهای مورداستفاده در صنایع فرآیند
1- مقدمه
برای کنترل یک فرآیند، متغیر مورد نظر در فرآیند (به عنوان مثال دما، فشار یا جریان) که معمولاً متغیر فرآیند (PV) نامیده می‌شود، باید توسط یک سنسور، اندازه‌گیری، وبه یک فرمت سیگنال مناسب تبدیل شود( 4 – 20 میلی آمپر یا دیجیتال) و سپس به کنترل کننده ای که تصمیم کنترل را می گیرد و درنهایت بر روی عنصر کنترلی نهایی در حلقه کنترل اعمال می‌کند، ارسال شود.
این انتقال سیگنال به عنوان ترانسمیتر شناخته‌می‌شود.شماتیک زیر تعامل بین تمام عناصر در حلقه کنترل را نشان می‌دهد:
2- ترانسمیتر چیست؟
ترانسمیتر ها دستگاه‌هایی هستند که برای ارسال داده ها به صورت امواج رادیویی در یک باند خاص از طیف الکترومغناطیسی به منظور برآورده کردن یک نیاز ارتباطی خاص، چه برای صدا و چه برای داده‌های عمومی، استفاده‌می‌شوند.
برای این کار، فرستنده، انرژی را از یک منبع تغذیه می گیرد و آن را به یک جریان متناوب فرکانس رادیویی تبدیل می‌کند که بسته به باندی که فرستنده باید ارسال کند،میلیون ها تا میلیاردها بار در ثانیه جهت خود را تغییر می‌دهد.
هنگامی که این انرژی در حال تغییر، از طریق یک رسانا هدایت می‌شود، در این مورد یک آنتن، امواج الکترومغناطیسی یا رادیویی به سمت خارج منتشر‌می‌شوندتا توسط آنتن دیگری که به گیرنده متصل‌است (در آنتن گیرنده فرآیند معکوس می‌شود و پیام یا داده واقعی دریافت می گردد)، دریافت شود.
در کاربرد صنعتی و ابزار دقیق می‌توان این طور بیان کرد که:
ترانسمیتر دستگاهی‌است که سیگنال تولید شده توسط یک سنسور را به یک سیگنال ابزار دقیق مانند فشار هوا، جریان الکتریکی، سیگنال دیجیتال فیلدباس و غیره تبدیل‌می‌کند،که سپس ممکن‌است به یک دستگاه نشانگر، یک دستگاه کنترل یا هر دو منتقل شود.دستگاه نشانگر یا کنترل کننده اغلب در یک اتاق کنترل متمرکز، قرار دارند.
ترانسمیتر اغلب سنسور و فرستنده را در یک قطعه ترکیب‌می‌کند.سنسور متغیر فرآیند را اندازه‌گیری، و یک سیگنال متناسب تولید‌می‌کند.سپس فرستنده سیگنال سنسور را برای انتقال بعدی به دستگاه گیرنده یا کنترل کننده، تقویت‌می‌کند.
یک ترانسمیتر از موارد زیر تشکیل شده‌است:
منبع تغذیه – برای تغذیه دستگاه و ایجاد انرژی برای پخش.
نوسان ساز الکترونیکی – موجی به نام موج حامل را تولید می‌کند که در آن داده ها از طریق هوا منتقل‌می‌شوند.
Modulator – با تغییر برخی از جنبه های موج حامل، داده‌های واقعی را در موج حامل تبلیغ‌می‌کند.
تقویت کننده RF – قدرت سیگنال را افزایش می‌دهد تا محدوده ای که امواج می‌توانند به آن برسند افزایش یابد.
تیونر آنتن یا مدار تطبیق امپدانس – امپدانس فرستنده را با آنتن مطابقت می‌دهد تا انتقال نیرو به آنتن کارآمد باشد و از حالتی به نام امواج ایستاده جلوگیری کند،که در آن نیرو از آنتن به فرستنده منعکس می‌شود و باعث اتلاف نیرو یا آسیب رساندن به آن‌می‌شود.
3- انواع ترانسمیتر
ترانسمیتر ها را می‌توان به طور کلی به دو گروه عمده تقسیم کرد:
- الف) ترانسمیترهای الکترونیکی
- (ب) ترانسمیترهای پنوماتیکی
ترانسمیترهای الکترونیکی بر حسب مورد، می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال/هوشمند باشند.
همچنین، می‌توانیم ترانسمیترها را بر اساس نوع سیگنال‌هایی که تولید می‌کنند گروه بندی کنیم:
- (الف) ترانسمیترهای پنوماتیکی
- (ب) ترانسمیترهای آنالوگ
- (ج) و ترانسمیترهای دیجیتال
1) ترانسمیترهای پنوماتیک
خروجی ترانسمیترهای پنوماتیکی یک سیگنال پنوماتیک مربوط به متغیر فرآیند‌است.دامنه سیگنال پنوماتیکی که امروزه در کارخانه‌های صنعتی استفاده‌می‌شود 3 تا 15psigاست.
3psig مربوط به مقدار محدوده پایین (LRV) و 15psig مربوط به مقدار محدوده بالایی (URV)است.
اختراع ابزارهای الکترونیکی در اواخر قرن بیستم به طور قابل توجهی هزینه‌های مربوط به راه اندازی سیم سیگنال الکتریکی را از طریق یک نیروگاه در مقایسه با راه اندازی لوله‌های هوا تحت فشار، کاهش داده‌است.
این موضوع باعث شده‌است که فناوری سیگنال پنوماتیکی محبوبیت کمتری داشته باشد؛اگرچه، امروزه از سیگنال‌های پنوماتیکی در مکان‌های دورافتاده که برق به راحتی در دسترس نیست،استفاده‌می‌شود.همانطور که در شکل نشان داده شده‌است، یک فرستنده فشار پنوماتیک با فشار هوا 20 تا 30 psig ،بسته به کاربرد، عرضه‌می‌شود.
فشار فرآیند به پورت High ترمنسمیتر اعمال می‌شود.همانطور که فشار فرآیند تغییر می‌کند، فرستنده یک سیگنال خروجی (3-15psig) که متناسب با فشار فرآیند است، تولید‌می‌کند.
2) ترانسمیترهای آنالوگ
ترانسمیترهای آنالوگ عمدتاً ماهیت الکترونیکی دارند.
ومی‌توانند یک سیگنال الکتریکی (جریان یا ولتاژ) را که اندازه آن نشان دهنده یک اندازه‌گیری فیزیکی یا یک کمیت کنترل است، تولید کنند.
در واقع، از آنجاییکه ترانسمیتر از استاندارد سیگنال آنالوگ برای برقراری ارتباط و اطلاعات استفاده‌می‌کند، به عنوان ترانسمیتر آنالوگ طبقه بندی‌می‌شود.
رایج ترین استاندارد برای انتقال سیگنال آنالوگ، سیگنال جریان 4-20 میلی آمپر‌است.
با‌استفاده از این سیگنال، فرستنده جریان کمی را، متناسب با اندازه‌گیری فیزیکی، از طریق مجموعه ای از سیم ها ارسال‌می‌کند.
برطبق این استاندارد سیگنال، 4 میلی آمپر نشان دهنده کمترین مقدار اندازه‌گیری ممکن یا LRV (مقدار محدوده پایین تر)است،در حالی که 20 میلی آمپر نشان دهنده بالاترین مقدار اندازه‌گیری ممکن یا URV (مقدار محدوده بالایی)است.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده‌است، هنگامی که متغیر فرآیند به فرستنده اعمال می‌شود، فرستنده یک سیگنال خروجی 4 تا 20 میلی آمپر تولید‌می‌کند.
3) ترانسمیترهای دیجیتال
ترانسمیترهای دیجیتال، سیگنال‌های دیجیتالی را که به روش‌های مختلفی برای بهبود ارتباط با دستگاه‌ها ترکیب می‌شوند؛ قابلیت‌های تشخیصی دستگاه را افزایش می‌دهند و کنترل دستگاه ها و فرآیندها را نسبتاً آسان و روان می‌کنند، تولید می‌کنند.
سیگنال‌های دیجیتال سطوح یا مقادیر گسسته ای هستند که به روش‌های خاصی ترکیب می‌شوند تا متغیرهای فرآیند را نشان دهند.
همچنین، اطلاعات مهم دیگری مانند اطلاعات تشخیصی را نیز حمل می‌کنند.ترکیب سیگنال‌های دیجیتال به روش‌های مختلف، منجر به پروتکل های ارتباطی مختلف مانند Fieldbus، HART و غیره می‌شود.
ممکن‌است، بیشتر ترانسمیترهای دیجیتال به عنوان ابزار هوشمند شناخته شوند.آنها دارای ریزپردازنده‌های داخلی هستند که به تنظیم و پردازش سیگنال کمک می‌کنند و به دستگاه ها قابلیت تشخیصی می‌دهند.
4) ترانسمیترهای الکترونیکی
ترانسمیترهای الکترونیکی را می‌توان بر اساس تعداد سیم‌های لازم برای تامین توان فرستنده گروه بندی کرد.
بر این اساس، فرستنده ها در سه حالت 2 سیم و 4 سیم موجود می‌باشند.در شکل زیر یک ترانسمیتر 2 سیمه و 4 سیمه نشان داده شده‌است.همانطور که مشخص‌است در ترانسمیترهای 4 سیمه بخش تغذیه و سیگنال از یکدیگر جدا می‌باشند. در حالیکه، در ترانسمیترهای دو سیمه تغذیه مستقل نبوده و با بخش انتقال سیگنال مشترک‌است.
در ترانسمیترهای 4 سیمه، منبع تغذیه می‌تواند AC یا DC باشد.
4- تفاوت سیگنال پنوماتیک و الکتریکی
همانطور که اشاره شد، رنج پنوماتیک استاندارد از 3 تا 15 psi و رنج سیگنال‌های الکتریکی استاندارد از 1 تا 5 ولت یا 4 تا 20 میلی آمپر‌می‌باشد.انیمیشن زیر تفاوت سیگنال پنوماتیک و الکتریکی را نشان‌می‌دهد.
5- ترانسمیترهای مورداستفاده در صنایع فرآیند
در صنایع فرآیندی، چهار متغیر فرآیند مشترک و مهم وجود دارد که عبارتند از فشار، سطح، دما و فلو.
این متغییرها توسط یک ترانسمیتر اندازه‌گیری‌می‌شوند. شکل زیر نحوه ی استفاده از ترانسمیترها در یک پروسه ی کنترلی را نشان‌می‌دهد.
از ترانسمیترهای مهم در این راستا نیز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- (الف) ترانسمیتر فشار یا Pressure transmitter
- (ب) ترانسمیتر سطح یا Level transmitter
- (ج) ترانسمیتر دما یا Temperature transmitter
- (د) ترانسمیتر فلو یا Flow transmitter
علاوه بر این متغیرها، نیاز به تجزیه و تحلیل ترکیبات و اجزای مختلف شیمیایی نیز وجود دارد.
(الف) ترانسمیترهای فشار
ترانسمیترهای فشار اساساً در اندازه‌گیری انواع فشارهای فرآیند استفاده‌می‌شوند. و عبارتند از:
(1) ترانسمیتر فشار مطلق : این فرستنده فشار را نسبت به فشار خلاء کامل اندازه‌گیری‌می‌کند.
(2) ترانسمیتر فشار سنج : این فرستنده فشار را نسبت به فشار اتمسفر در یک مکان معین اندازه‌گیری‌می‌کند.وقتی گیج فشار، 0 PSI را نشان‌می‌دهد، به این معنی است که فشار اتمسفر‌است.
(3) ترانسمیتر فشار دیفرانسیل : این فرستنده تفاوت بین دو یا چند فشار وارد‌شده به عنوان ورودی به واحد سنجش را اندازه‌گیری می‌کند.به عنوان مثال از آنها برای اندازه‌گیری افت فشار در فیلتر روغن و همچنین، برای اندازه‌گیری جریان یا سطح در ظروف تحت فشار نیز‌استفاده‌می‌شود.
از فناوری‌های مختلفی می‌توان برای ایجاد ترانسمیتر فشار استفاده‌کرد، مانند: سنسور سیم ارتعاشی، سنسور فشار خازنی، سنسور فشار سنج، LVDT (ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی) و غیره.
در انیمیشن زیر فرآیند کنترل فشار نشان داده‌شده‌است و مراحل آن به شرح زیر است:
1- با‌استفاده از سنسور فشار، مقدار فشار محیط اندازه‌گیری می‌شود.
2- سپس ترانسمیتر یک سیگنال استاندارد ایجاد، و به کنترلر ارسال‌می‌کند.این سیگنال معرف کمیت فیزیکی اندازه‌گیری شده‌است. سیگنال استاندارد‌شده V یا Process value نام دارد.
3- در مرحله بعد مقایسه ای بین مقدار ست پوینت (SP) با مقدار PV در کنترلر صورت می‌گیرد.مبنای مقایسه بر اساس الگوریتم کنترلی و مقادیر ورودی می‌باشد.در این مرحله، پس از پردازش مقادیر در کنترلر، یک سیگنال خروجی تولید‌می‌شود.
4- و در نهایت سیگنال خروجی کنترلر به Actuator ارسال می‌گردد.
5- تکرار این پروسه تا رسیدن‌مقدار فشار محیط ((PV به SP ادامه پیدا‌می‌کند.
(ب) ترانسمیترهای سطح
ترانسمیتر سطح برای اندازه‌گیری سطح یک ماده مایع یا جامد در یک ظرف یا فضا استفاده‌می‌شود.
این فرستنده ها می‌توانند سطح را به طور مداوم و در نقاط تعیین‌شده اندازه‌گیری کنند:
(1) ترانسمیترهای سطح نقطه‌ای : خروجی را هنگامی که به مقدار سطح خاصی رسید، ارائه می‌دهد.
این خروجی عموماً به صورت زنگ صوتی یا سیگنال الکتریکی و برای روشن کردن کلید‌است.
(2) فرستنده سطح‌پیوسته : سطح را در یک محدوده مشخص اندازه‌گیری می‌کند و خروجی را متناسب با سطح در حال تغییر، ارائه می‌دهد.
انواع مختلفی از ترانسمیترهای سطح مورداستفاده در صنایع فرآیندی وجود دارد، که برخی از آنها عبارتند از:
- – فرستنده سطح اولتراسونیک : برای سنجش سطح غیر تماسی مایعات بسیار چسبناک و همچنین جامدات حجیم‌استفاده‌می‌شود.
- – ترانسمیترهای سطح رسانا : برای شناسایی سطح نقطه ای، طیف گسترده ای از مایعات رسانا مانند آب‌استفاده‌می‌شود و برای مایعات بسیار خورنده مانند اسید هیدروکلریک و مایعات مشابه مناسب‌است.
- – ترانسمیترهای سطح پنوماتیک : در محیط های خطرناک و مکان هایی که برق وجود ندارد،استفاده‌می‌شود و همچنین برای کاربردهایی که شامل لجن سنگین یا دوغاب است نیز، ایده آل‌است.
- – ترانسمیترهای سطح خازنی : در مایعات نارسانا، و همچنین مایعاتی که دارای ثابت دی الکتریک بالا هستند استفاده‌می‌شوند‌و می‌توانند برای نظارت مداوم سطح استفاده شوند.
- – ترانسمیترهای سطح مبتنی بر هیدرواستاتیک : این فرستنده ها از فشار هیدرواستاتیک در نقطه ای از مایع برای تعیین سطح استفاده می‌کنند.
(ج) ترانسمیترهای دما
یک ترانسمیتر دما شامل یک سنسور دما و فرستنده‌است.
فرستنده سیگنالی را از سنسورهای دما مانند ترموکوپل یا RTD دریافت می‌کند، دما را بر اساس این سیگنال محاسبه‌می‌کند. و سپس آن را به سیگنال خروجی 4 تا 20 میلی آمپر تبدیل می‌کند، که برای یک دستگاه گیرنده مانند یک کنترلر‌است.
نحوه ی اندازه‌گیری دما توسط سنسور و تبدیل آن به سیگنال استاندارد در انیمیشن زیر قابل مشاهده‌است.
1- در ابتدا دما توسط سنسور اندازه‌گیری می‌شود.مقدار دمای اندازه‌گیری‌شده بین 0 تا 150 درجه ی فارنهایت‌است.
2- باتوجه به آنکه خروجی سنسور به شکل مقاومتی‌است و امکان اتصال آن به صورت مستقیم به کنترل کننده مثلا PLC وجود ندارد، برای اتصال می‌توان از کارت دما یا ترانسمیتر استفاده کرد.که در این مثال از یک ترانسمیتر جهت تبدیل سیگنال خروجی سنسور به یک سیگنال جریانی استاندارد 4 تا 20 میلی آمپر استفاده‌شده‌است.
انواع مختلفی از ترانسمیترهای دما در صنایع فرآیندی با‌استفاده از فناوری های مختلف اندازه‌گیری دما، مورداستفاده‌قرارمی‌گیرند.
رایج‌ترین انواع عبارتند از:
- فرستنده دما از نوع ترموکوپل : با ترموکوپل، از نیروی الکتروموتور تولید شده توسط تغییرات دمای فرآیند، برای محاسبه دما استفاده‌می‌شود.
- فرستنده دما از نوع RTD : هنگامی که از RTD استفاده‌می‌شود، تغییرات در دمای فرآیند منجر به تغییر در مقاومت الکتریکی سنسور RTDمی‌شود.
سپس، از این رابطه‌ی بین دمای فرآیند و مقاومت الکتریکی برای محاسبه دما توسط ترانسمیتر‌استفاده‌می‌شود.
(د) ترانسمیترهای فلو
از ترانسمیتر فلو برای اندازه‌گیری و نشان‌دادن جریان استفاده‌می‌شود.
در این دستگاه، یک سنسور جریان و فرستنده در یک قطعه ترکیب‌شده‌اند.
از سیگنال جریان در سنسور جریان، برای تولید یک خروجی 4 تا 20 میلی آمپر توسط ترانسمیتر استفاده‌می‌شود‌که نشان‌دهنده تغییرات جریان در فرآیند واقعی‌است.
فناوری های مختلفی در ترانسمیترهای جریان برای اندازه‌گیری جریان‌استفاده‌می‌شود.
آنها از سنسورهای جریان مبتنی بر سرعت، سنسورهای جریان اولتراسونیک تا سنسورهای جریان فشار دیفرانسیل، متغیرهستند.
مطالب مرتبط
ترنسمیتر فشار ویکا 600 بار اتصال 1/2- ترانسمیتردیافراگمی ویکا
ترنسمیتر فشار ویکا 10 بار با اتصال 1/4 اینچ – ترانسمیتر ویکا
گیج فشار: تعریف، انواع، کاربردها