ترانسمیتر دما چیست؟

ترانسمیتر دما (Temperature Transmitter)، یک تجهیز الکترونیکی است که سیگنال تولید شده توسط حسگر دما (سنسور دما) مانند ترموکوپل، سنسور مقاومتی RTD یا ترمیستور را به یک سیگنال استاندارد ابزار دقیق تبدیل می کند. این سیگنال نشان دهنده دمای پروسه فرآیند به منظور اندازه گیری و کنترل است. رایج ترین سیگنال ابزار دقیق در ترنسمیترهای دما رنج های 4 الی 20 میلی آمپر (mA) و 0 تا 10 ولت (VDC) است. برای مثال، عدد 4mA معادل دمای 0 درجه سانتیگراد و 20mA نشان دهنده دمای 100 درجه سانتیگراد است. سیگنال دمای اندازه گیری شده بوسیله ترانسمیتر دما به کنترلر ارسال میگردد. همچنین عملیات برای پروسه فرآیند، مانند افرایش یا کاهش دما، بوسیله تجهیزات مرتبط که به دستور کنترلر عمل میکنند، انجام میشود.

بنابراین ترانسمیترهای دما می‌ توانند یک سیگنال الکترونیکی را از حسگر دما دریافت کرده و آن را به یک سیگنال قابل اعتماد تبدیل کنند. این سیگنال براحتی قابل انتقال بوده و به واحد کنترل یا پردازش ارسال می‌ شود.

معمولاً سیگنال خروجی مبدل های دما به دستگاه های کنترل مانند PLC، DSC، PCT، کنترل حلقه، دیتالاگر، نماسگر یا رکوردر ارسال میشود. ترانسمیترهای دما در شکل ها، اندازه ها و انواع مختلفی هستند که بنا به پروسه فرآیند، کاربرد و محیط مورد استفاده متفاوت است.

Temperature Transmitterها، دما بعنوان رابطی بین سیستم کنترل و حسگر دما عمل می‌ کنند؛ این دستگاه‌ ها سیگنال ورودی حسگر را ایزوله (جداسازی الکتریکی)، تقویت، خطی‌ سازی (تبدیل به سیگنال خطی) و تبدیل می‌ کنند، و سپس آن را به شکل یک سیگنال خروجی استاندارد به سیستم کنترل ارسال می‌ کنند تا امکان پایش دقیق دما با حداقل نویز و اختلال فراهم گردد.

اصل عملکرد ترانسمیترهای دما چیست؟

ماژول دما (Temperature Transmitter)، متناسب با ورودی حسگر دما، جریان خود را از منبع تغذیه DC دریافت و در نهایت سیگنال واقعی را به‌ صورت تغییر در جریان خروجی انتقال می‌ دهد. به‌عنوان مثال، ترنسمیتر ورودی حسگر دما ترموکوپل در هنگام اندازه‌ گیری پایین‌ ترین دما، جریان ۴ میلی‌ آمپر از منبع تغذیه می‌ کشد. سپس با افزایش میزان دما، ترانسمیتر به‌ طور متناسب جریان بیشتری دریافت می‌ کند تا زمانی که به ۲۰ میلی‌ آمپر برسد، که نشان‌ دهنده بالاترین دمای اندازه‌ گیری شده توسط دماسنج است. به بیان دیگر، ۴ میلی‌ آمپر بیانگر کمترین دما و ۲۰ میلی‌ آمپر نمایانگر بیشترین دمای سنسور دما است. یعنی، اگر بازه دمایی حسگر ۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی‌ گراد باشد، سیگنال ۴ میلی‌ آمپر نشان‌دهنده ۰ درجه و سیگنال ۲۰ میلی‌ آمپر بیانگر ۱۰۰ درجه سانتیگراد است.

در مورد حسگرهای مقاومتی RTD، از پدیده پل وتستون به منظور ایجاد یک ولتاژ ضعیف در انتهای آن استفاده میگردد. این سیگنال ضعیف سپس تقویت شده و به سیگنال ۴ تا ۲۰ میلی‌ آمپر تبدیل میشود. گاهی اوقات این سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال (ADC) تبدیل شده و امکان عملکردهای اضافی مانند کالیبراسیون و مقیاس‌ دهی فراهم گردد، و پس از آن مجدداً به سیگنال آنالوگ تبدیل می‌ شود. مدارهای تنظیم‌کننده برای مقادیر مقاومت در بازه ۱۵ تا ۳۸۰ اهم یا مشابه آن طراحی میگردند تا طیف کاملی از مقادیر سنسورهای آر تی دی (RTD) را پوشش دهند.

زمانی که یک مبدل دما در یک سیستم نصب میشود، تغییرات دما باعث تغییر در ولتاژ ترموکوپل یا مقاومت داخلی RTD میگردد و جریان خروجی در بازه ۴ تا ۲۰ میلی‌ آمپر نوسان می‌ کند. این تغییرات در نهایت به داده‌ های دمایی تبدیل شده و به اتاق کنترل ارسال می‌ شوند. ترانسمیترها در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌ شوند. یک دسته از آن‌ ها بیسیم هستند و دسته دیگر باسیم. نوع باسیم این محصولات نیز خود به دو دسته 2 سیمه و 4 سیمه تقسیم بندی میشوند.

به منظور خرید و استعلام قیمت، بر روی ترانسمیتر دما کلیک کنید

مزایای استفاده از ترانسمیتر دما چیست؟

استفاده از این تجهیزات، در مقایسه با روش‌ های سیم‌ کشی مستقیم، مزایای زیادی دارد که شامل موارد زیر است:

• کاهش قابل‌ توجه نویز الکتریکی و افت سیگنال با استفاده از ترانسمیترها
• کاهش هزینه‌ های ناشی از استفاده از سیم‌ های گران‌ قیمت افزایشی به کمک ترانسمیتر
• ترانسمیترهای دما قابلیت نمایش و کنترل محلی را دارند و همچنین امکانات عیب‌ یابی پیشرفته را فراهم می‌ کنند

انواع ترانسمیتر دما از لحاظ نوع سیم بندی

1. ترانسمیتر دما دو سیمه: ترانسمیترهای دما معمولاً نیاز به منبع تغذیه دارند و در مدل‌ های دو سیمه طراحی و ساخته میشوند. در این مدل‌ ها، تغذیه و انتقال سیگنال از طریق همان دو سیم انجام میگیرد.

2. ترانسمیتر دما چهار سیمه (4-Wire): ترنسمیتر چهار سیمه دارای دو مدار جداگانه است. در این مدل، دو سیم برای اتصال به منبع تغذیه و دو سیم دیگر برای اتصال به کنترلر استفاده میگردد. منبع تغذیه می‌ تواند AC یا DC باشد، که بسته به سازنده و مدل دستگاه متفاوت است.

انواع ماژول انتقال دما از لحاظ شکل و اندازه

نوع دیگر تقسیم بندی از لحاظ شکل و اندازه است. انتخاب نوع مناسب تجهیز به کاربرد و محیطی که قرار است در آن استفاده گردد، بستگی دارد. این دستگاه‌ ها از لحاظ نحوه نصب به دسته‌ های زیر تقسیم بندی می‌ شوند:

مدل ریل مومنت (Panel Mount Or DIN Rail Mount)

ترانسمیترهای ریل مونت معمولاً در مکان‌ هایی استفاده می‌ شوند که وجود یک جعبه برق یا سطحی با ریل استاندارد DIN ضروری است. ریل DIN یک استاندارد صنعتی برای نصب تجهیزات در پروسه های فرآیند است.

برخی از مشخصه های این نوع ترنسمیتر عبارت‌ اند از:

• در بخش پایینی این نوع از تجهیزات، براکت‌ های نصب قرار دارد که با استفاده از آن‌ ها می‌ توان تجهیز را روی ریل DIN نصب کرد.
• دارای بدنه‌ ای مقاوم برای نصب در محیط‌ های صنعتی هستند.
• ابعاد ماژولار دارند و برای صرفه‌ جویی در فضا بهترین انتخاب‌ اند.
• عملکرد نسبتاً دقیق و با ثبات دارند.
• ترمینال‌ های پیچی دارند که باعث افزایش سرعت نصب و سیم‌ کشی می‌ شود.
• نسبت به دیگر مدل‌ ها کم‌هزینه‌ تر بوده و با طیف گسترده‌ ای از حسگرها سازگار هستند.

مدل هد مونت (Head Mount) یا مدل دیسکی (Hockey Puck Style)

ترنسمیترهای هدمونت یکی از پرمصرف ترین انواع ماژول های ارسال دما محسوب میگردند و برای کاربردهای پایه استفاده میگردند. نام این مدل برگرفته از شکل آن است (شبیه دیسک هاکی). برخی از مشخصه های این محصولات عبارتند از:

• اندازه این محصولات کوچک بوده و سخت‌افزار محدودی دارند.
• ارزان‌ قیمت هستند و برای کاربردهای OEM (تولیدکنندگان تجهیزات اصلی) بسیار مناسب اند.
• به‌گونه‌ ای طراحی شده‌اند که در داخل کلگی های پروب‌ های دما نصب شوند.
• در دو طرف این نوع ترنسمیتر، دو سوراخ برای نصب وجود دارد.

مدل فیلدی (Field Mounted Temperature Transmitter)

این مدل خاص بوده و دارای یک محفظه خارجی مقاوم است که به آن امکان می‌ دهد مستقیماً در محل فرآیند یا (میدان) نصب شود، جایی که شرایط محیطی نیاز به محافظت بیشتری دارند (مانند محیط‌ های صنعتی با عملکرد بالا). نصب ترانسمیترهای فیلدی در نزدیکی حسگر باعث افزایش قدرت و کیفیت سیگنال می‌ شود. این مدل به منظور محافظت از اجزای الکترونیکی حساس در برابر عواملی مانند رطوبت، شرایط محیطی نامساعد، خوردگی و … طراحی شده است.

ورودی‌ های ترانسمیتر دما

ترانسمیتر دما می‌ تواند ورودی‌ های مختلفی را پشتیبانی کند مانند ترموکوپل، آر تی دی، مقاومت و سیگنال ولتاژ. در این میان، ترموکوپل‌ ها و RTD ها رایج‌ترین ورودی‌ ها برای ترنسمیترهای دما هستند.

ورودی ترموکوپل

امروزه در صنعت، ترانسمیترهای ترموکوپل به طور کلی برای ترموکوپل های بر پایه فلز پایه (Base Metal) طراحی شده اند؛ البته برای سایر انواع Thermoocupleها نیز ترنسمیتر وجود دارد، اما معمولاً قیمت گرانتری دارند. ترموکوپل‌ ها دارای دو سیم هستند، بنابراین ترنسمیتر آن‌ ها باید دو ترمینال ورودی داشته باشند تا سیم‌ ها به درستی متصل گردند.

برای استفاده از ترموکوپل، دستگاه انتقال دهنده دما باید دارای جبران اتصال سرد (Cold Junction Compensation) باشد. همچنین، مبدل های دما ترموکوپل معمولاً دارای پیچ‌های تنظیم Zero و Span هستند که به وسیله آن‌ ها دستگاه قابل کالیبراسیون است. این قابلیت زمانی بسیار مهم است که دستگاه مقادیر نادرست را نمایش میدهد.

ورودی RTD

ورودی‌ های RTD بر اساس مقدار مقاومت آن‌ ها طراحی می‌ گردند. مقدار مقاومت به جنس سیم پیچ بستگی دارد؛ فلز پلاتین یکی از رایج‌ ترین متریال مورد استفاده است که دارای ضریب دمایی 0.00392/°C است. به همین دلیل، با استفاده از آن می‌ توان طیف وسیعی از مقاومت‌ ها را تولید کرد. مقدار مقاومت RTD می‌ تواند مابین عددی بین ۱۰ تا ۱۰,۰۰۰ اهم متغیر باشد، اما دو نوع رایج آن ها PT100 و PT1000 است. برای تعیین ورودی مناسب تجهیز انقتل دهنده دما، ابتدا باید مقدار مقاومت RTD مشخص و سپس تعداد سیم‌ های RTD نیز تعیین گردد. RTD ها در سه نوع طراحی و تولید میشوند: ۲ سیمه، ۳ سیمه و ۴ سیمه که هر یک مدارهای متفاوتی نیاز دارند. پیکربندی ۳ سیمه رایج‌ت رین گزینه و از نظر هزینه مقرون‌ به‌ صرفه‌ترین است، و همچنین دقت بالاتری نیز دارد.

ترمیستورها نیز در مواقعی که بازه دمایی کوچک ولی سرعت پاسخ بالا نیاز است، گزینه مناسبی هستند.

خروجی‌ های ترنسمیتر دما

مبدل های دما به عنوان واسطه‌ ای مابین حسگر و گیرنده عمل می‌ کنند. بنابراین، آن‌ ها باید مقداری را تولید کنند که برای گیرنده قابل اندازه‌ گیری باشد.

سیگنال خروجی ماژول ارسال دما می‌ تواند یکی از مقادیر استاندارد زیر باشد:

1. جریان 4 تا 20 میلی‌ آمپر (4–20 mA)
2. ولتاژ 0 تا 5 ولت DC (0–5 VDC)
3. ولتاژ 0 تا 10 ولت DC (0–10 VDC)

در میان موارد بالا، جریان 4 تا 20 میلی‌ آمپر متداول‌ ترین نوع سیگنال خروجی در محیط های صنعتی مختلف است.

برای محل‌ های دورافتاده نیازی به منبع تغذیه اضافی وجود ندارد، زیرا مبدل دما از جریان خروجی کم‌ سطح 4 تا 20 میلی‌ آمپر تغذیه می‌ شود. علاوه بر این، ولتاژ استاندارد 24 ولت DC نیز معمولاً در کارخانه‌ هایی استفاده می‌ شود که دارای تجهیزات دقیق زیادی هستند. لازم بذکر است که سیگنال خروجی تجهیز در برابر نویز الکتریکی محیطی بسیار مقاوم است.
هرگونه نویزی که ممکن است در جریان خروجی ظاهر شود، معمولاً توسط سیستم گیرنده با حذف نویز در حالت مشترک  نادیده گرفته می‌شود.

علاوه بر این، سیگنال خروجی به صورت جریان، برخلاف بسیاری از سیگنال‌ های ولتاژی، با افزایش فاصله افت نمی‌ کند یا کاهش نمی‌ یابد.

به منظور خرید و استعلام قیمت، بر روی سنسور دما کلیک کنید

ترانسمیتر دمای دیجیتالی

ترانسمیترهای SMART، یک تجهیز هوشمند است که خروجی آنالوگ 4 تا 20 میلی‌ آمپر دارد. همچنین این ترانسمیترها علاوه بر سیگنال آنالوگ، اطلاعات دیجیتالی دیگری را نیز ارائه می‌ دهند، مانند:

• نام‌ گذاری ابزار دقیق (Tag Name)
• داده‌ های کالیبراسیون
• اطلاعات تشخیصی سنسور (Sensor Diagnostics)

به منظور راه‌ اندازی ترانسمیترهای هوشمند معمولاً از پروتکل‌های HART، FOUNDATION FIELDBUS یا PROFIBUS استفاده می‌ شود.

ترانسمیتر دمای ایزوله

قبل از اینکه توضیحاتی درباره ترانسمیتر ایزوله به شما عیزان دهیم، مهم است که ابتدا با مفهوم Ground Loop آشنا شوید:

اگر دو میله اتصال به زمین (ارت) در دو نقطه مختلف به زمین متصل شده باشند و یک ولت‌ متر بین آن‌ها قرار گیرد، اختلاف ولتاژی بین آن دو نقطه قابل مشاهده خواهد بود. این اختلاف پتانسیل در واقع بین دو نقطه روی سطح زمین وجود دارد. درو اقع زمانیکه قصد داریم داده‌ های یک فرآیند را از مکانی دور اندازه‌ گیری کنیم، این اختلاف ولتاژ باعث ایجاد یک جریان خطای اضافی در طول مسیر انتقال می‌ شود، که به آن سیگنال حلقه زمین (Ground Loop Signal) گفته می‌ شود. در نتیجه این جریان خطا، مقدار اشتباهی روی نمایشگر نشان داده خواهد شد.

برای جلوگیری از این خطاهای Ground Loop، باید از ترانسمیتر دمای ایزوله استفاده شود.

این نوع ترانسمیتر با استفاده از مدارهای اپتو الکترونیک (اپتوایزولیشن)، سیگنال سنسور را از حلقه جریان خروجی جدا می‌کند.
بدین ترتیب، کاربر می‌تواند هم سنسور و هم یک سمت حلقه جریان را به زمین متصل کند بدون اینکه خطایی ایجاد شود.

ترانسمیترهای ایزوله، از تجهیزات الکتریکی در برابر تأثیرات حلقه زمین محافظت می‌کنند، باعث کاهش نویزها و ناپایداری‌های ناخواسته در اندازه‌گیری سنسور می‌شوند و عملکرد سیستم را پایدارتر می‌کنند.

کالیبراسیون ترانسممیتر دما

تنظیم و کالیبراسیون ماژول های انتقال دما به منظور افزایش دقت خروجی تجهیز و همخوانی آن با سنسور خاص انجام می‌شود. تغییرات سیگنال خروجی باید به‌ درستی تغییرات دما را منعکس کنند. مانند هر تجهیز ابزار دقیق دیگری، ترانسمیتر دما نیز باید کالیبره یا تنظیم گردد تا خروجی جریان 4 تا 20 میلی‌ آمپر، محدوده تغییرات دمای متغیر فرآیند را به درستی نمایش دهد.
برای مثال، ترانسمیتر دمایی که برای محدوده دمایی 0 تا 400 درجه سانتیگراد تنظیم شده باشد، باید به‌گونه‌ ای کالیبره شود که در دمای 0 درجه سانتیگراد جریان خروجی 4 میلی‌ آمپر و در دمای 400 درجه سانتیگراد جریان خروجی 20 میلی‌ آمپر باشد.
به منظور کالیبره کردن ترانسمیترها میتوان از دستگاه‌ هایی که خروجی شبیه‌ سازی شده‌ سنسورها را تولید می‌ کنند استفاده کرد.

به عنوان مثال:

به‌ جای استفاده از سنسور ترموکوپل واقعی، می‌توان از دستگاهی که ولتاژ در بازه میلی‌ ولت تولید می‌ کند استفاده کرد.
برای کالیبره کردن سنسور RTD نیز از دستگاهی که مقاومت‌ های مختلف ایجاد می‌کند استفاده شود، که به آن  (Decade Box) گفته می‌ شود.

نحوه کالیبراسیون و تنظیم ترانسمیترهای قدیمی

ترانسمیترهای قدیمی دارای پتانسیومترهای چند دوره‌ای (Multi-turn Potentiometer) برای تنظیم هستند که با نام‌ های Zero و Span شناخته می‌ شوند. پتانسیومتر Zero به‌گونه‌ ای تنظیم می‌ شود که در زمان شبیه‌ سازی دمای صفر درصد، جریان خروجی 4 میلی‌ آمپر تولید شود. پتانسیومتر Span نیز برای زمانی استفاده میگردد که بخواهیم در دمای صد درصد شبیه‌ سازی‌ شده، جریان 20 میلی‌آمپر تولید گردد.

نحوه کالیبراسیون و تنظیم ترانسمیترهای جدید

ترانسمیترهای جدید دیگر دارای تنظیمات دستی Span و Zero نیستند و فرآیند کالیبراسیون از طریق نرم‌ افزارهای مرتبط انجام می‌شود. در این حالت، معمولاً از یک کابل USB برای اتصال ترانسمیتر به کامپیوتر استفاده میگردد. ترانسمیترهای دما هوشمند (Smart Temperature Transmitter) امکان پیکربندی آزادانه از طریق DIP سوئیچ یا کامپیوتر را دارند .مشخصه هایی مانند:نوع سیگنال ورودی، محدوده اندازه‌گیری، جبران نقطه اتصال سرد (Cold Junction Compensation) در ترموکوپل‌ها، ارتباط اختیاری از طریق پروتکل HART… همگی به‌صورت اتوماتیک و با دقت بالا توسط ترانسمیتر تنظیم می‌ شوند. این تجهیزات دارای طول عمر زیاد، پایداری دمایی بالا و  قابلیت تعویض آسان هستند. همچنین این ترانسمیترهای هوشمند به‌ سرعت و به‌ راحتی برای کاربرد خاص پیکربندی می‌ شوند و این تنظیمات می‌ توانند از طریق پد دستی (PAD) یا کامپیوتر و نرم‌ افزار استاندارد انجام شوند

معرفی ترانسمیترهای دما نوع بی سیم

این نوع از ترانسمیترهای دما، جزو جدیدترین نسل های موجود در بازار هستند. در این دستگاه‌ ها از سیگنال Wi-Fi برای ارسال داده‌ ها به گیرنده یا کنترلرها استفاده میگردد. پس از دریافت سیگنال، می‌ توان آن را به کامپیوتر یا لپتاپ ارسال کرد تا ذخیره، چاپ یا در قالب یک فایل صفحه گسترده (مانند اکسل) خروجی گرفته شود. علاوه بر این، سیگنال دریافتی را می‌ توان به‌ صورت سیمی و با خروجی 4 تا 20 میلی‌ آمپر به یک PLC ارسال کرد.

سوال مهم:

چرا باید از ترانسمیتر دما استفاده کنیم؟

در بسیاری از مصارف و پروسه های صنعتی، بایستی دمای یک فرآیند از راه دور کنترل گردد. سیگنال‌ هایی که توسط سنسورهای دما مثل ترموکوپل و RTD تولید میشوند، بسیار ضعیف بوده و امکان انتقال آن‌ ها در فواصل زیاد وجود ندارد. برای حل این مشکل، سنسورها به ترانسمیتر متصل می‌ شوند تا: سیگنال‌ های ضعیف تقویت شوند به سطح مناسب برای سیستم کنترلی برسند زمانی که سیگنا ل‌ها به سطح قابل انتقال برسند، می‌توان آن‌ ها را به تجهیزات کنترل و سیستم‌ های کنترلی ارسال کرد.

کاربرد ترانسمیتر دما در صنایع مختلف

ترانسمیترهای دما در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:

• صنایع هوافضا
• صنایع شیمیایی
• صنایع غذایی و نوشیدنی
• انرژی و نیروگاه‌ها
• تهویه مطبوع
• آبکاری فلزات
• صنایع معدنی
• نفت و گاز
• پتروشیمی
• تصفیه آب و فاضلاب

نتیجه گیری

در این مقاله به طور کامل موضوع ترانسمیتر دما چیست را پوشش دادیم و انواع آن را مورد. اگر س.الی در این زمینه دارید، در بخش دیدگاه های این مقاله حتماً آن را مطرح فرمایید تا به آن پاسخ دهیم.