ترانسمیتر یا  transmitter چیست؟

ممکن است در برخی موارد از عبارت های سنسور، ترانسمیتر و ترانسدیوسر به جای یکدیگر استفاده شود. ترانسمیتر ها و ترانسدیوسر ها با یکدیگر متفاوت بوده و باید به صورت صحیح استفاده شوند. در مقاله ی سنسور چیست شرح داده شد که سنسور المان حس کننده ای جهت تبدیل کمیت های فیزیکی مانند دما به کمیت های الکتریکی است. ترنسدیوسر ابزاری جهت تبدیل یک شکلی از انرژی به شکل دیگری از آن است. ترنسدیوسر ها یک کمیت خروجی که رابطه ی مشخصی با کمیت ورودی دارد را ارائه می دهند. کمیت خروجی در ابزار دقیق شامل یک سیگنال الکتریکی با الکترونیکی است. با این تعریف می توان گفت که همه ی سنسور ها نوعی ترنسدیوسر هستند. عبارت ترانسمیتر ممکن است در صنعت تعاریف متعددی داشته باشد. به عنوان مثال ترانسمیتر در دنیای Telecommunication یک دستگاه تولید کننده ی امواج رادیویی از یک آنتن است.

ترانسمیترهای مهم

ترانسمیترها یکی از دستگاه های مهم در پروسه های صنعتی هستند. از ترانسمیتر های مهم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ترانسمیتر فشار یا Pressure transmitter
• ترانسمیتر سطح یا Level transmitter
• ترانسمیتر دما یا Temperature transmitter
• ترانسمیتر فلو یا Flow transmitter

عملکرد ترانسمیتر

ترانسمیتر دستگاهی است که سیگنال تولید شده توسط سنسور را به یک سیگنال صنعتی استاندارد یا Standard instrumentation signal تبدیل می کند. سیگنال نهایی مشخص کننده ی مقدار متغیر فرآیند یا Process value است. کنترل و اندازه گیری متغییرها یکی از اهداف مهم در تبدیل سیگنال و استاندارد سازی می باشد.

سیگنال صنعتی استاندارد در گذشته به شکل پنوماتیک یا Pneumatic بوده است. با پیشرفت سیستم های کنترلی امروزه استفاده از سیگنال های الکتریکی رایج تر است. رنج پنوماتیک استاندارد از 3 تا 15 psi بوده و رنج سیگنال های الکتریکی استاندارد معمولا از 1 تا 5 ولت یا 4 تا 20 میلی آمپر می باشد. رنج سیگنال خروجی در ترانسمیتر ها مشخص کننده ی تغییرات 0 تا 100 درصدی کمیت فیزیکی اندازه گیری شده است. در انیمیشن زیر تفاوت سیگنال پنوماتیک و الکتریکی را مشاهده می کنید:

در انیمیشن زیر نحوه ی اندازه گیری دما توسط سنسور و تبدیل آن به سیگنال استاندارد را مشاهده می کنید. در مرحله ی اول دمای بین 0 تا 150 درجه ی فارنهایت توسط سنسور اندازه گیری می شود. خروجی سنسور به شکل مقاومتی بوده و نمی توان آن را به صورت مستقیم به کنترل کننده مثلا PLC متصل کرد. برای اتصال سنسور دما به PLC می توان از کارت دما یا ترانسمیتر استفاده کرد. در این مثال یک ترانسمیتر جهت تبدیل سیگنال خروجی سنسور به سیگنال جریانی استاندارد 4 تا 20 میلی آمپر انتخاب شده است.

در انیمیشن زیر فرآیند کنترل فشار را مشاهده می کنید. مراحل این پروسه عبارت اند از:

• ابتدا مقدار فشار محیط با استفاده از سنسور یا ترانسدیوسر فشار اندازه گیری می شود.
• در ادامه یک سیگنال استاندارد توسط ترانسمیتر ایجاد و به کنترلر ارسال می شود.
• این سیگنال معرف کمیت فیزیکی اندازه گیری شده است. سیگنال استاندارد شده V یا Process value نام دارد.
• در کنترلر مقدار ست پوینت یا SP با مقدار PV مقایسه می شود. این مقایسه بر اساس الگوریتم کنترلی و مقادیر ورودی خواهد بود. پس از پردازش در کنترلر یک سیگنال خروجی تولید می شود.
• سیگنال خروجی کنترلر به Actuator یا عملگر ارسال می گردد.
• این پروسه تا رسیدن مقدار فشار محیط یا PV به SP ادامه پیدا می کند.

فشار، سطح، دما و جریان 4 متغیراصلی فرآیند هستند. این متغییرها توسط یک فرستنده یا ترانسمیتر اندازه گیری و نشان داده می شوند. در تصویر  زیر نحوه ی استفاده از ترانسمیترها در یک پروسه ی کنترلی را شماهده می کنید.

از ترانسمیتر ها در صنعت جهت اندازه گیری سایر متغیر ها نیز استفاده می شود. به عنوان مثال می توان به کنترل موقعیت، سرعت، خواص شیمیایی مانند ph و رسانایی اشاره کرد. در تصویر زیر برخی از این موارد را مشاهده می کنید:

ترانسمتر های 2 و 4 سیمه

ترانسمیترها به شکل 2 و 4 سیمه وجود دارند. بخش تغذیه و سیگنال در ترانسمیترهای 4 سیمه از یکدیگر جدا هستند. در این مدل 2 سیم تغذیه و 2 سیم سیگنال در نظر گرفته شده است. منبع تغذیه ی ترانسمیترهای 4 سیمه می تواند AC یا DC باشد. تغذیه در ترانسمیتر های دو سیمه به صورت مستقل نبوده و با بخش انتقال سیگنال مشترک است. در تصویر زیر شماتیک یک ترانسمیتر دو سیمه و 4 سیمه آورده شده است.

ترانسمیتر های Smart یا هوشمند

در ترانسمیتر های هوشمند علاوه بر تولید سیگنال PV به شکل 4 تا 20 میلی آمپر امکانات دیگری نیز وجود دارد. به عنوان مثال در مدل های Smart اطلاعات دیجیتال مانند Tag names، داده های کالیبراسیون، تشخیص سنسور و غیره به صورت دو طرفه ارسال و دریافت می شود. جهت انتقال اطلاعات در Smart Transmitter پروتوکل های خاصی مانند HART وجود دارد.

ترانسمیترهای صنعتی یا Industrial transmitters

ترانسمیتر های ابزار دقیق جهت اندازه گیری دقیق فشار و دما و غیره طراحی شده اند. استفاده از ترانسمیتر ها امکان نظارت و کنترل برنامه ها را فرآهم کرده و باعث افزایش ایمنی، پایداری و قابلیت اطمینان در فرآیند ها می شود. ترانسمیتر ها بر اساس کاربرد به گروه های مختلفی مانند Type، Signal production و Process instrumentation  تقسیم می شوند. در این بخش خصوصیات ترنسمیترهای الکترونیک و پنوماتیک را مشاهده می کنید:

1. الکترونیکی یا Electronic: این ترانسمیتر ها در دو مدل دیجیتال و آنالوگ وجود دارند. در ترانسمیتر های الکترونیکی آنالوگ یک جریان یا ولتاژ استاندارد تولید می شود. این سیگنال استاندارد جهت اهداف ارتباطی یا communication با ادوات دیگر است. در این تجهیزات سیگنال استاندارد آنالوگ اغلب به شکل جریانی 4 تا 20 میلی آمپر است. ترانسمیتر های دیجیتال به عنوان ترانسمیتر ها ی هوشمند یا smart instruments شناخته می شوند. ترنسمیترهای دیجیتال جهت ارسال سیگنال های پیشرفته به دستگاه های دیگر طراحی شده اند. در این ترانسمیتر ها از پردازنده های داخلی استفاده شده و قابلیت های ویژه ای مانند diagnostic capabilities دارند.
2. Pneumatic یا پنوماتیکی: این ترانسمیتر ها می توانند سیگنال های مربوط به متغیرهای فرآیند را به شکل پنوماتیک ارسال کنند. این ترانسمیتر ها معمولا در مکان های دور افتاده و بدون دسترسی همیشگی به برق استفاده می شوند.

به صورت کلی از 4 نوع ترانسمیتر در فرآیند های ابزار دقیق استفاده می شود. این ترانسمیترها عبارتند از:

1.  Flow یا جریان: این ترانسمیتر ها جهت اندازه گیری جریان مایع یا سیال تولید می شوند. ترانسمیتر Flow از یک فرستنده و یک سنسور جریان تشکیل شده است. خروجی ترانسمیترهای فلو معمولا جریان 4 تا 20 میلی آمپر می باشد. در ساخت این فرستنده ها از فناوری های مختلفی از جمله differential pressure flow sensors ، velocity flow sensors و ultrasonic flow sensors استفاده می شود.
2. Temperature یا دما: این دستگاه شامل یک سنسور دما و یک ترانسمیتر است. سیگنال اندازه گیری شده توسط سنسور به ترانسمیتر منتقل شده و پس از محاسبه ی دما یک سیگنال خروجی استاندارد تولید می شود. ترموکوپل و RTD ها دو نوع از ترانسمیتر های دمای رایج هستند.
3.  Pressure یا فشار: از این ترانسمیتر ها جهت اندازه گیری فشار در فرایند های مختلف استفاده می شود. ترانسمیتر های فشار به سه نوع زیر تقسیم می شوند:

• • Absolute Transmitter یا ترانسمیتر مطلق: این دستگاه، فشار خلا را به عنوان Base در نظر گرفته و فشار فرآیند را اندازه می گیرد.
  • Gauge Transmitter: این ترانسمیتر ها فشار فرایند را با فشار اتمسفر محل به عنوان Base اندازه گیری می کنند.
  • Differential Transmitter: در ترانسمیتر های تفاضلی، تفاوت بین فشار های مختلف اندازه گیری می شود.

4.  Level یا سطح: این ترانسمیتر ها جهت اندازه گیری سطح مایع یا جامد در یک فضای بسته طراحی شده اند. به صورت کلی 7 نوع ترانسمیتر سطح وجود دارد:

• •  Point Level: در صورت رسیدن سطح به مقدار خاصی یک سیگنال دیجیتال تولید می شود.
  •  Continuous Level: این ترانسمیتر ها جهت اندازه گیری سطح در یک محدوده و رنج خاص استفاده می شوند.
  •  Ultrasonic Level Transmitter: فرستنده های اولتراسونیک امکان اندازه گیری سطح بدون تماس با جامدات حجیم یا مایعات چسبناک را فراهم می کنند.
  •  Conductive Level: از این نوع فرستنده ها جهت اندازه گیری انواع مایعات در point level استفاده می شود. مایع می توان شامل آب، caustic soda، اسید های هیدرولیک و سایر مایعات خورنده باشد.
  •  Pneumatic Level: این فرستنده ها در کاربرد های شامل slurry یا sludge ایده آل هستند. از آن ها می توان در محل های فاقد برق استفاده کرد.
  •  Capacitance Level: این ترانسمیتر ها جهت اندازه گیری پیوسته ی مایعات نارسانا با خاصیت دی الکتریک بالا استفاده می شوند.
  •  Hydrostatic based: این دستگاه ها به منظور تعیین سطح یک مایع بر اساس فشار هیدرواستاتیکی کار می کنند.

ترانسمیتر فشار Rosemount 3051CD3A22A1AM5 Pressure Transmitters

ترانسمیتر دما Rosemount 3144PD1A1NAM5 Temperature Transmitters

ترانسمیتر سطح Rosemount 3051SAL Level Transmitter

انواع مختلف ترانسمیتر های فشار Rosemount

ترانسمیتر فشار مطلق یا Absolute pressure transmitter از برند ABB با سیگنال خروجی 4 تا 20 میلی آمپر و HART