ترانسمیتر دما چیست؟

ترانسمیتر دما

در این مقاله با یکی از رایج ترین دستگاه‌ های مورد استفاده در فرآیند کنترل دما، تحت عنوان ترانسمیتر دما یا Temperature transmitter آشنا می‌شویم. ترانسمیتر دما جهت تبدیل سیگنال تولید شده توسط سنسور دما به سیگنال استاندارد ابزار دقیق استفاده می شود. این سیگنال نشان دهنده ی دمای فرآیند تحت کنترل است. رایج ترین سیگنال خروجی ابزار دقیق در ترانسمیتر های دما به شکل جریانی 4 تا 20 میلی آمپر می باشد.

گام های فرآیند کنترل دما با ترانسمیتر

به صورت کلی فرآیند کنترل دما با استفاده از ترانسمیتر دارای گام های زیر است:

• با استفاده از یک سنسور، دمای محیط اندازه گیری می شود.
• سیگنال دمای اندازه گیری شده توسط ترانسمیتر دما به کنترلر ارسال می شود.
• عملیات مورد نیاز پروسه مانند کاهش دما یا افزایش دما توسط کنترلر انجام می شود.

• سیگنال خروجی کنترلر به عملگر یا Actuator ها ارسال می شود.
• عملگر ها طبق دستور کنترلر و جهت نزدیک شدن دما به مقدار مطلوب فعال می شوند.

ترانسمیتر دما یک دستگاه الکترونیک بوده که جهت ارسال دمای اندازه گیری شده به واحد کنترل استفاده می شود. با استفاده از ترانسمیتر ها می توان یک سیگنال الکترونیکی کوچک را از سنسور دما دریافت کرده و به یک سیگنال با قابلیت اطمینان تبدیل کرد. این سیگنال به راحتی قابل انتقال بوده و در اختیار واحد کنترل یا Processing unit قرار می گیرد. معمولا سیگنال خروجی ترانسمیترها به یک PLC یا Receiver ارسال می‌شود.

ورودی و خروجی های ترانسمیتر دما

سنسورهای ترموکوپل ، RTD یا Thermal resistor از سنسورهای پرکاربرد در فرآیند کنترل دما هستند. ترانسمیتر دما به منظور تبدیل micro-signals دراین سنسورها به سیگنال استاندار صنعتی 4 تا 20 میلی آمپر طراحی شده است. ترانسمیتر ها از نظر فیزیکی می توانند سیگنال های مختلفی را دریافت و ارسال کنند. اغلب ترنسمیترهای دما به منبع تغذیه نیاز دارند.

ورودی ترانسمیتر دما

ترموکوپل و RTD از رایج ترین ورودی های ترانسمیتر دما هستند. ترموکوپل ها دارای دو سیم بوده و ترانسمیتر آن ها باید دارای دو پایانه ورودی باشد. سیم های ترموکوپل باید به ورودی های ترنسمیتر متصل شود. برای استفاده از ترموکوپل باید ترانسمیتر با جبران اتصال سرد یا cold junction compensation تهیه شود. در ترانسمیترهای ترموکوپل معمولا پتانسیومترهای Zero و Span نیز وجود دارد. توسط این پتانسیومترها می توان دستگاه را کالیبراسیون کرد. این قابلیت هنگام مشاهده ی خطا در ترانسمیتر بسیار مهم خواهد بود.

خروجی ترانسمیتر دما چیست؟

نقش ترانسمیتر برقرار کردن ارتباط بین سنسور و Receiver است. سیگنال خروجی ترانسمیتر می تواند یکی از حالت های استاندارد جریانی 4 تا 20 میلی آمپر یا ولتاژی 0 تا 5 ولت یا 0 تا 10 ولت باشد. این سیگنال با استفاده از گیرنده ی ابزار دقیق یا receiver instrumentation اندازه گیری و تحلیل خواهد شد.

انواع ترانسیمتر دما

ترانسمیتر‌ های دما در شکل ها و سایزهای مختلفی ساخته می‌شوند. انتخاب ترنسمیتر دما به کاربرد و محیط مورد استفاده بستگی دارد. برخی از ترانسمیتر های دما به همراه تصویر آن ها در ادامه آورده شده است:

1. DIN rail mounted temperature transmitters
2. Hockey puck style temperature transmitters
3. Field mounted temperature transmitters

DIN rail mounted

از این ترانسمیتر ها معمولا در محل هایی استفاده می شود که electrical box یا یک سطح با ریل استاندارد یا DIN rail وجود دارد. DIN ریل یک سخت افزار استاندارد صنعتی یا industry standard mounting hardware جهت نصب تجهیزات است. برخی ویژگی های این ترانسمیتر عبارت اند از:

1. در قسمت پایین این ترانسمیترها براکت های نصب وجود دارد. توسط این قسمت ها می توان ترانسمیتر را روی DIN ریل نصب کرد.
2. دارای محفظه ی مقاوم جهت نصب در محیط های صنعتی هستند.
3. ابعاد کوچکی داشته و فضای کمی اشغال می کنند.
4. ترانسمیترهای DIN ریلی عملکرد نسبتا دقیقی دارند.
5. ترمینال های Screw موجب افزایش سرعت نصب و سیم بندی می شود.

در تصویر زیر نمونه ای از ترانسمیتر DIN Rail را مشاهده می کنید:

تصویر زیر مربوط به ترانسمیتر شرکت زیمنس تحت عنوان Siemens SITRANS TR420 Temperature transmitter است:

hockey puck

ترانسمیترهای Hockey puch یکی از رایج ترین فرستنده ها هستند. ابعاد این ترانسمیتر کوچک بوده و سخت‌افزار محدودی دارند.

microprocessor based

ترانسمیترهای مبتنی بر ریز پردازنده قابل برنامه‌ریزی هستند. به عبارت دیگر امکان اسکیل کردن رنج دمایی آن ها پس از ساخت وجود دارد. این قابلیت زمانی مفید خواهد بود که محدوده ی دما تغییر کرده و هم چنان نیاز به دقت بالا باشد. این ترانسمیتر ها اغلب با سنسورهای RTD استفاده می شوند. خروجی استاندارد این ترانسمیتر  به شکل جریان 4 تا 20 میلی آمپر در نوع 2-wire یا خروجی ولتاژ 3-wire است.

ترکیب سنسور دما و ترانسمیتر

به منظور ساخت MIST یا Microprocessor Integrated Sensor Transmitter می توان یک سنسور RTD را با یک ترانسمیتر ترکیب کرد. با استفاده از این تجهیز دیگر نیازی به سنسور و ترانسمیتر جداگانه نیست. تجهیزات ترکیب شده باعث ساده سازی مدار و کاهش حجم سیم بندی می شوند. به صورت کلی MIST یک ترانسمیتر دما با مدار الکترونیکی یکپارچه و ریز پردازنده است. این دستگاه می تواند در همه ی رنج عملکردی خود مجدد کالیبره و اسکیل شود. MIST های کوچک از گزینه های ایده آل جهت نصب در فضا ی محدود مانند کمپرسورها، ژنراتور ها، چیلرها، موتورها و غیره هستند. خروجی MIST ها جریان 4 تا 20 میلی آمپر، ولتاژ 0 ت 5 یا 0 تا 10 ولت DC است. در تصویر زیر سنسور MIST MS80 را مشاهده می کنید. این سنسور درای خروجی 4 تا 20 میلی آمپر و Connection Head است.

ترانسمیتر دمای دو سیمه

ترانسمیترهای دما معمولا به منبع تغذیه نیاز داشته و به شکل 2 سیمه ساخته می شوند. تغذیه و انتقال سیگنال در این مدل ها توسط دو سیم انجام می شود. در تصویر زیر دیاگرام ترانسمیتر دو سیمه را مشاهده می کنید.

ترانسمیتر دمای چهار سیمه

ترانسمیتر چهار سیمه دارای دو مدار جداگانه است. در این مدل دو رشته سیم جهت اتصال به منبع تغذیه و دو رشته ی دیگر جهت اتصال به کنترلر استفاده می شود. منبع تغذیه بسته به تولید کننده و مدل دستگاه می تواند AC  یا DC باشد.

 

رایج ترین سنسورهای دما

ترموکوپل و RTD یا Resistance Temperature Detector دو نوع رایج سنسورهای دما در پروسه های کنترلی و صنعتی هستند. تغییر دما در ترموکوپل منجر به تولید ولتاژی در خروجی آن خواهد شد. در RTD ها با تغییر دما، مقاومت سنسور تغییر می کند.

ترموکوپل ها معمولا دو سیمه هستند ولی RTD ها اغلب 3 یا 4 سیم دارند.

HART temperature transmitter

عبارت Digital Temperature Transmitter معرف ترانسمیترهای هوشمند است. SMART transmitter یک ترانسمیر هوشمند یا Intelligent مجهز به سیگنال جریانی 4 تا 20 میلی آمپر می باشد. این ترانسمیتر ها اطلاعات دیگری نظیر Instrument Tag Names، دیتاهای کالیبراسیون و Sensor Diagnostics را ارائه می کنند. معمولا جهت راه اندازی ترانسمیترهای هوشمند از پروتوکل های HART یا FOUNDATION FIELDBUS یا PROFIBUS استفاده می شود.

کالیبراسیون ترانسمیترهای دما

جهت افزایش دقت در خروجی ترانسمیتر و تشخیص رنج دمای PV از تنظیم و کالبراسیون استفاده می شود. تغییرات سیگنال خروجی باید به شکل مناسبی معرف تغییرات دما باشد. به عنوان مثال یک ترانسمیتر با جریان خروجی 4 تا 20 میلی آمپر در کنترل دمای 0 نا 100 درجه ی سانتی گراد را در نظر بگیرید.

 

 

 

به منظور کالیبراسیون ترانسمیترها می توان از دستگاه هایی استفاده کرد که قادر به شبیه سازی خروجی سنسورها باشند. به عنوان مثال به جای سنسور ترموکوپل می توان از دستگاه تولید کننده ی ولتاژی در حد میلی ولت بهره گرفت. جهت کالیبراسیون سنسور RTD از دستگاه با خروجی مقاومت تحت عنوان decade box استفاده می شود. تصویر زیر سمت راست مربوط به کالیبراسیون ترموکوپل و سمت چپ مربوط به کالیبراسیون RTD است.

امروزه با استفاده از کالیبراتورهای مرجع سیگنال یا Signal Reference Calibrators می توان سیگنال های مختلفی تولید کرد. به عبارت دیگر با استفاده از این دستگاه می توان RTD و ترموکوپل ها را شبیه سازی کرد. فرآیند کالیبراسیون ترانسمیتر های دما در این روش آسان تر است.

کالیبراسیون ترانسمیترهای دما به روش قدیمی

ترانسمیترهای دمای قدیمی دارای تنظیمات multi-turn potentiometer adjustments تحت عنوان Zero و Span هستند. پتانسیومتر zero جهت تولید جریان 4 میلی آمپر هنگام شبیه سازی دمای 0 درصد است. پتانسیومتر Span نیز جهت تولید جریان 20 میلی آمپر هنگام شبیه سازی دمای 100 درصد استفاده می شود. به عنوان مثال فرض کنید می خواهیم یک ترانسمیتر دمای متصل شده به PT100 RTD را کالیبره کنیم. در این مثال رنج دمای اندازه گیری از 32 تا 100 درجه ی فارنهایت است. جهت دسترسی به مقادیر مقاومت سنسور در دمای کالیبراسیون از جدول PT100 استفاده می شود. در این جدول مقاومت RTD در دمای 32 درجه فارنهایت برابر با 100 اهم خواهد بود. در این مرحله باید مقدار مقاومت در decade box را روی 100 اهم تنظیم کرد. گام بعدی تنظیم مقدار جریان مولتی متر روی 4 میلی آمپر با چرخاندن پیچ تنظیم Zero است. جهت کایبراسیون SPAN از رنج بالای دما استفاده می شود. پس از اتصال مقاومت دمای بالا توسط decade box باید پتانسیومتر Span را به نحوی تنظیم کنیم که جریان 20 میلی آمپر در مولتی متر ایجاد گردد.

کالیبراسیون ترانسمیترهای دمای جدید

در ترانسمیترهای جدید تر از تنظیمات Span و Zero نشده و کالیبراسیون از طریق نرم افزار انجام می شود. در این حالت معمولا به یک کابل USB جهت اتصال ترانسمیتر به کامپیوتر نیاز است.

ترانسمیترهای دمای بی سیم یا Wireless

ترانسمیترهای بدون سیم از جدید ترین مدل ها هستند. در این دستگاه ها جهت انتقال سیگنال به گیرنده یا کنترلرها از حالت Wi-Fi استفاده می شود.

در تصویر زیر یک Siemens SITRANS TH420 Temperature transmitter را مشاهده می کنید:

در کدام صنایع از ترانسمیتر دما استفاده می شود؟

از ترانسمیتر ها در صنایع بزرگی از جمله موارد زیر استفاده می شود:

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

جهت انتخاب ترانسمیترهای دما باید موارد زیر را در نظر گرفت:

• درک عملکرد یک ترانسمیتر دما : پیش از انتخاب ترانسمیتر باید به محل نصب، محیط، میزان پیچیدگی مورد نیاز در ترانسمیتر، قابلیت برنامه ریزی و غیره توجه کرد.
• شناسایی ورودی ها: ورودی مناسب با توجه به اتصال ترموکوپل یا RTD انتخاب می شود.
• شناسایی خروجی ها: خروجی ترانسمیتر با بررسی دستگاه دریافت کننده ی سیگنال انتخاب می شود. این سیگنال معمولا از نوع جریان 4 تا 20 میلی آمپر است.
• شناسایی منبع تغذیه: انتخاب منبع تغذیه به دستگاه های استفاده شده در سیستم بستگی دارد.

این وب سایت دارای مجوز از وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی بوده و هر گونه کپی و نسخه برداری و انتشار مجدد اطلاعات آن غیرمجاز است. لطفا در صورت مشاهده هرگونه سوء استفاده ما را مطلع کنید.