۴ نوع اصلی ترانسمیتر و تفاوت آن با ترانسدیوسر

ترانسمیتر ها از کاربردی ترین تجهیزات ابزاردقیق در صنعت هستند.

در این نوشته به طور کامل با ترانسمیتر فشار و ترانسدیوسرها آشنا خواهیم شد.

در این مقاله 4 سرفصل زیر را به تفصیل بیان میکنیم:

1# ترانسمیتر چیست؟

برای آشنایی با ترانسمیترها و دانستن اینکه اینکه ترانسمیتر چیست ؟
ابتدا بایستی با انواع تجهیزات ابزار دقیق از نظر انتقال اطلاعات آشنا شویم.

سپس به بررسی انواع سیگنال های انتقالی و ارتباطی خواهیم پرداخت.

در انتها به این نتیجه خواهیم رسید که چه نوع سیگنالی (جریانی-ولتاژی-مقاومتی) انتخاب مناسب تری برای انتقال اطلاعات از طریق ترانسمیتر است؟

برویم به سراغ بررسی اینکه ترانسمیتر چیست.

تجهیزات از نظر انتقال اطلاعات به اتاق کنترل به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:

1-1# ترانسمیتر (Transmitter)

ترانسیمتر ها تجهیزاتی هستند که پس از اندازه گیری یک پارامتر، مقدار اندازه گیری شده را به کمک یک سیگنال به اتاق کنترل انتقال می دهند.

این سیگنال می تواند از نوع ولتاژی یا جریانی یا هر نوع دیگر باشد.

در مورد سیگنال ها در مبحث بعدی به طور مفصل توضیح خواهیم داد.

اینجا به صورت گذرا اشاره می کنیم که سیگنال آنالوگ، یک سیگنال پیوسته بوده که دما نمونه ای از این سیگنال است.

دمای بین 0 تا 100 درجه را در نظر بگیرید، این بازه مقادیر پیوسته از 0 تا 100 را شامل می شود که اگر فرضا به یک سیگنال ولتاژی تبدیل شود، ممکن است رنج بین 0 تا 5 ولت را به خود اختصاص بدهد.

اما چراغ LED یک سیگنال دیجیتال می باشد. چراغ روشن هست یا روشن نیست.

به طور کلی، ترانسمیتر ها، یک سیگنال آنالوگ Analog هستند.

2-1# گیج (Gauge)

گیج، ابزاری است که مقدار یک پارامتر را در فیلد اندازه گیری کرده و آن مقدار را در همان محل نمایش می دهد.

عملکرد یک گیج کاملا مکانیکی بوده و به صورت مکانیکی یک پارامتر را اندازه گیری کرده و
با یک pointer (عقربه)، مقدار اندازه گیری شده را در همان محل نمایش می دهد.

گیج ها چون به صورت مکانیکی کار می کنند، هیچگونه سیگنالی برای آنها در نظر گرفته نمی شود.

3-1# سوئیچ (Switch)

از سوئیچ ها برای محافظت (protection) استفاده شده و یکی از آیتم های حفاظتی هر سیستم محسوب می شوند.

فرض کنید، بر روی یک مخزن یک سوئیچ فشار بالا (high pressure switch) نصب شده است.

در واقع هنگامی که فشار مخزن به بالاترین حد خود برسد، یک سیگنال کنترلی حاوی مقدار 1 دیجیتال به اتاق کنترل ارسال می شود.

در یک مثال ملموس تر، کولرهای آبی که در خانه هایمان قرار دارد را در نظر بگیرید.

احتمالا یک توپ شناور را در داخل این کولر ها مشاهده کرده اید.

این توپ هنگامی که به بالای آب بیاید (آب زیادی در محل جمع شود)، مسیر آب را بسته می بندد.

در واقع این توپ همانند یک سیگنال 0 و 1 عمل کرده و عملا یک سیگنال دیجیتال ارسال می کند.

بنابراین سوئیچ ها یک سیگنال دیجیتال هستند.

2# تفاوت ترانسمیتر و ترانسدیوسر

وظیفه یک ترانسمیتر ارسال سیگنال به اتاق کنترل است.

ترانسمیتر فشار وظیفه دریافت سیگنال مکانیکی و اندازه گیری پارامتر مشخصی را دارد و
سپس با تبدیل سیگنال مکانیکی به یک سیگنال جریانی یا ولتاژی (به طور مثال) آن را به اتاق کنترل ارسال می کنند.

این تبدیل در واحد ترانسدیوسر (Transducer) انجام می شود.

ترانسدیوسر یا مبدل، در واقع وسیله ای است که وظیفه تبدیل سیگنال مکانیکی را به سیگنال الکتریکی دارد.

به طور نمونه حرکت مکانیکی را می توان به حرکت یک آهنربا در داخل یک سیملوله منتقل کرد و
جریان القایی به وجود آمده را به اتاق کنترل فرستاد.

دانلود pdf ترانسمیتر

با دانلود این فایل، به یک فایل پی دی اف در مورد آموزش ترانسمیتر که مربوط به همین مقاله است، دسترسی خواهید داشت.

دانلود ترانسمیتر pdf

پس از بررسی اینکه ترانسمیتر چیست، اکنون بررسی می کنیم که هنگامی که یک ترانسمیتر مقدار خود را خواند، چگونه می تواند مقدار خوانده شده را به اتاق کنترل ارسال کند.

3# انواع ترانسمیتر

در صنعت و به خصوص ابزار دقیق، انواع ترانمسیتر ها به 4 گروه زیر تقسیم بندی می شوند:

1-3# ترانسمیتر فشار (Pressure Transmitter)

اول از همه به سراغ ترانسمیتر فشار می رویم.

ترانسمیترهای فشار به هیچ عنوان روی خط نصب نشده و همیشه ریموت نصب می شوند.

به عبارت دیگر به علت وزن بالای المنت های اندازه گیری ترانسمیتر فشار، آنها را عموما به صورت ریموت نصب می کنیم.

عملکرد ترانسمیتر فشار

عملکرد ترانسمیتر فشار به این صورت است که سیال عبوری، به پشت المنت اندازه گیری آمده و
تغییرات فشار سیال عبوری به المنت، جریان خروجی را تغییر داده و وضعیت سنسور تغییر می کند.

(به توضیحات فیلم مراجعه کنید)

ترانسمیتر اختلاف فشار (Differential Pressure Transmitter)

فرض کنید مطابق تصویر زیر یک فیلتر داریم و میخواهیم اختلاف فشار آن را اندازه گیری می شود:

برای این منظور بایستی دو عدد پایپ جدا کننده، توسط واحد Piping آماده شده و
سپس با استفاده از تیوب و ترانسمیتر مربوطه، اختلاف فشار اندازه گیری شود.

المنت DPG به صورت زیر می باشد:

نحوه کالیبراسیون ترانسمیتر فشار

چگونگی و نحوه کالیبراسیون ترانسمیتر فشار بسیار ساده می باشد.

از آنجایی که کالیبراسیون از اهمیت بالایی برخوردار است،
مقاله جداگانه ای برای نحوه کالیبراسیون ترانسمیتر فشار آماده کرده ایم:

ویژگی های ترانسمیتر فشار

یک ترانسمیتر فشار مناسب و سالم، بایستی دارای ویژگی های زیر باشد:

دقت اندازه گیری: بهتر از %0.5±

جنس متریال بدنه: Die Cast Al. / SS 

استاندارد نفوذ: IP65

تکرارپذیری: 0.2% F.S

تکرارپذیری یعنی آنکه تجهیز شما مثلا در پنج آزمایش مختلف (یکی در محیط مرطوب، یکی در میحط گرم، یکی در محیط سرد و ….)
مقداری را که اندازه گیری می کند، حداکثر 0.2% با مقدار واقعی تفاوت داشته باشد.

تذکر: اگر تکرارپذیری دستگاه دچار مشکل شده باشد، دیگر دستگاه قابل کالیبراسیون نبوده و
عملا المنت اندازه گیری فشار، دچار آسیب شده و باید دستگاه را تعویض کنیم.

تکرارپذیری را به صورت سالیانه چک خواهیم کرد.

تست ترانسمیتر فشار

تست ترانسمیتر های فشار و همچنین ترانسمیتر های اختلاف فشار به بررسی ویژگی های آنها مربوط است.

یعنی با استفاده از کالیبراتور ها و تجهیزات لازم، ابتدا تکرارپذیری و دقت سنسورها را بررسی کنیم و
در صورت امکان سنسورها را به مقدار مناسب شان کالیبره نماییم.

تست ترانسمیترهای فشار یکی از مهم ترین کارهای مهندسین ابزار دقیق می باشد.

2-3# ترانسمیتر دما (Temperature Transmitter)

سنسورهای دما، پرکاربردترین تجهیزات اندازه گیری در حوزه های مختلف می باشند.

ترانسمیت های دما را عموما متناسب با رنج دمایی موردنظر و میزان اهمیت پروژه، انتخاب می کنند که
عموما از نوع ترموکوپل یا از نوع RTD و سنسور دمای PT100 است.

ترانسمیتر دما ترموکوپل

برای ترموکوپل یک مقاله مجزا آماده کرده ایم که به طور کامل به تشریح مباحث پرداخته شده است:

ساخت ترانسمیتر‏ دم‏ا pt1 ‍00

برای آشنایی با ساخت ترانسمیتر دما PT100 و آر تی دی ها به مقاله زیر مراجعه کنید:

3-3# ترانسمیتر جریان (Flow Transmitter)

ترانسمیترهای جریان یا فلوترانسمیترها، متناسب با جریان ورودی، خروجی الکتریکی می سازند.

از این نوع ترانسمیتر برای اندازه گیری جریان گاز و مایعات استفاده می شود.

اندازه گیرهای این ترانسمیتر، 3 نوع اصلی دارند:

• جرم
• حجم
• سرعت

فلو ترانسمیتر ها دارای انواع مختلفی هستند که در مقاله زیر توضیح می دهیم:
(برای جلوگیری از بیش از حد طولانی شدن متن و همچنین ذکر مطالب جزئی تر برای افرادی که به دنبال آن مطالب هستند،
این مقاله ها را آماده کرده ایم و در این پست از توضیحات بیشتر در مورد آنها خودداری می کنیم)

3-4# ترانسمیتر سطح (Level Transmitter)

از ترانسمیترهای سطح برای اندازه گیری سطح و سپس ارسال مقادیر به PLC استفاده می کنیم.
(در صنعت از PLC عموما استفاده می شود)

ترانسمیترهای سطح عموما از قیمت بالایی برخوردار هستند و در انتخاب ترانسمیتر سطح بایستی دقت کنید.

توضیحات، سطح سنج خازنی به عنوان روشی ساده و پرکاربرد برای اندازه گیری سطح به صورت ترانسمیتری در مقاله های زیر آورده شده است:

4# سیگنال ترانسمیتر جریان، ولتاژ و مقاومت

هنگامی که مقدار یک تجهیز را به اتاق کنترل ارسال می کنیم، از یک سیگنال کنترلی استفاده می کنیم.

سیگنال ها را می توان به دسته های زیر تقسیم بندی کرد:

4-1# سیگنال ولتاژی

یک سیگنال ولتاژی رنج های مختلفی را ممکن است داشته باشد.

5-0 ولت، 0-10 ولت، 0-24 ولت، 0-48 ولت.
این مقادیر DC است.

فرض کنید که یک فشار سنج، فشار یک لوله Pipe را اندازه گیری کند. این فشار بر روی یک بازه ی ولتاژی متناظر خواهد شد.

مثلا در یک پروژه، یک ترانسمیتر دما بر روی یک خط قرار گرفته است و
از طریق یک سیگنال الکتریکی مقدار اندازه گیری شده را به اتاق کنترل ارسال می کند.

اگر در این مثال، دما بین 0 تا 120 درجه سانتی گراد باشد، این میزان دما را به یکی از رنج های بالا (مثلا 0-24 ولت) متناظر می کنیم.

اگر اپراتور مقدار 12 ولت را در اتاق کنترل دریافت کند، به منزله ی دما 60 درجه سانتی گراد بوده و اگر 24 ولت را دریافت کند، بیانگر 120 درجه سانتی گراد است.

رنج های ولتاژی پرکاربرد تر در حوزه ابزاردقیق و صنعت، رنج های 0-24 و 0-48  ولت DC هستند.

که عموما برای تجهیزات فیلد field instruments و شیر های برقی استفاده می شود.

4-2# سیگنال جریانی ترانسمیتر

این سیگنال ها عموما در رنج های 0-20 میلی آمپر و 4-20 میلی آمپر هستند.

در همان مثال قبلی، می توانیم 0-120 درجه سانتی گراد را به 0-20 میلی آمپر متناظر کنیم.

اگر اپراتور جریان 12 میلی آمپر را در اتاق کنترل دریافت کند، این به منزله ی چه دمایی بر روی خط است؟

بله، 72 درجه سانتی گراد می باشد.

اگر اپراتور جریان 0 میلی آمپر را در اتاق کنترل دریافت کند، این به منزله ی چه دمایی بر روی خط است؟

جواب دمای 0 است.

بایستی توجه کنید که جریان 0 ممکن است به علت پاره شدن کابل در میانه راه باشد.

پس بهتر است برای مطلع شدن از قطعی کابل، از رنج 4-20 میلی آمپر استفاده کنیم.
و عموما سیگنال های جریانی به صورت 4-20 میلی آمپر است.

یک سوال مهم: اطلاعات را چگونه انتقال دهیم؟

اکنون می خواهیم سیگنال های آنالوگ و دیجیتال و همچنین ولتاژی یا جریانی بودن را باهم ترکیب کنیم و به بررسی ترکیب آنها بپردازیم.

هنگامی که قرار است یک سیگنال آنالوگ را به اتاق کنترل ارسال کنیم،
به علت طولانی بودن مسیر، بایستی از سیگنال های جریانی استفاده کنیم.

چرا؟

این امر به علت افت ولتاژ در سیگنال های ولتاژی در هنگام عبور از کابل است.

این یعنی برای مثال یک مقدار 5 ولت به اتاق کنترل ارسال شده و در آنجا، یک مقدار 4.7 دریافت می شود.
سیگنال های ولتاژی هنگام عبور از کابل ، ممکن است دچار افت ولتاژ شوند.

همچنین نویز نیز از جنس ولتاژ بوده و تاثیر مستقیمی بر سیگنال های ولتاژی می گذارد.

بنابراین سیگنال های آنالوگ را به صورت سیگنال جریانی 4-20 میلی آمپر به اتاق کنترل ارسال می کنیم.

در مورد سوئیچ ها و سیگنال هایی که مقادیر صفر و یک را ارسال می کنند،
از سیگنال های ولتاژی 0-24 یا 0-48 ولت DC، استفاده می کنیم. (0 ولت برای نبودن یا 0 شدن و 24 ولت برای بودن یا 1 شدن)

4-3# سیگنال مقاومتی

طبق قانون V=RI، احتمالا سیگال هایی از جنس مقاومت نیز وجود دارد

در مورد این سیگنال ها بایستی به RTD ها اشاره کنیم. RTD (آر تی دی) ها برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار گرفته و دما را مستقیما با تغییرات مقاومت نمایش می دهند.

در مورد RTD ها در قسمت سنسورهای دما بیشتر صحبت خواهیم کرد.

4-4# سیگنال های نیوماتیکی

سیگنال های نیوماتیکی را امروزه به اتاق های کنترل ارسال نکرده و این سیگنال ها کاربردی در سیستم کنترلی ما ندارند.

امروزه در صنعت از پی ال سی ها برای سیستم کنترل استفاده شده که با سیگنال های ولتاژی و جریانی و مقاومتی کار می کنند.

البته سیگنال های نیوماتیکی یک کاربرد بسیار مهم دارند و آن هم در ولوهای کنترلی است.

یعنی آنکه برای باز و بسته شدن یک شیر، ما به سیگنال های نیوماتیکی نیاز داریم تا با استفاده از آنها شیر را باز یا بسته کنیم.

با استفاده از یک ولتاژ 0-24 ولت و یا 4-20 میلی آمپر نمی توانیم یک شیر را باز یا بسته کنیم.

در عمل، این سیگنال ولتاژی یا جریانی از اتاق کنترل به ولو ها ارسال شده و
در آنجا به یک سیگنال نیوماتیکی تبدیل شده و از آن سیگنال نیوماتیکی برای باز و بسته شدن شیر استفاده می شود.