فیلم آموزش عملکرد ترنسمیتر دما

قطعا با ترموکوپل به عنوان یک سنسور دما آشنا هستید. در یک فرآیند کنترلی، ولتاژ خروجی این تجهیز پس از اندازه گیری دما باید به یک کنترل کننده (معمولا PLC) منتقل شود. برای انتقال این ولتاژ به کنترل کننده به تجهیزی به نام ترنسمیتر دما (یا ترنسمیتر ترموکوپل) نیاز است.

در این مقاله به بررسی عملکرد ترنسمیتر دما پرداخته و مسیر انتقال اطلاعات از سنسور دما به PLC را بررسی می کنیم، در نهایت فیلم آموزش عملکرد ترنسمیتر دما، این آموزش را تکمیل خواهد کرد.

سفر اطلاعات دما از ترموکوپل تا کنترل کننده

دما یکی از مهم ترین پارامترهای موثر در عملکرد سیکل های کنترلی است. در اکثر فرآیند ها در صنعت لازم است دما تحت کنترل باشد تا از آسیب به مواد اولیه و تجهیزات جلوگیری شود. پس به یک زنجیره کنترل دما نیاز است. این زنجیره را می توان به سه مرحله تقسیم کرد:

1. اندازه گیری دما؛ که وظیفه ی سنسور های دما است.
2. انتقال اطلاعات از سنسور به کنترل کننده؛ که ترنسمیتر ها این مسئولیت را به عهده دارند.
3. ارسال فرمان کنترلی بر اساس دمای اندازه گیری شده؛ معمولا PLCها این فرمان را در مدار صادر می کنند.

در ادامه به توصیف این سه گام در زنجیره کنترلی می پردازیم.

شکل ۱- سفر اطلاعات از ترنسمیتر تا کنترلر

گام اول اندازه گیری دما

در بخش های مختلف صنعت از سنسور های دما برای اندازه گیری این پارامتر مهم فیزیکی استفاده می شود. سنسور های دما انواع مختلفی دارند: ترموکوپل ها و RTD ها از مهم ترین سنسور های دما هستند، در ادامه به بررسی این دو سنسور می پردازیم. برای آشنایی بیشتر با سنسور به مقاله “سنسور چیست و چه انواعی دارد ؟” مراجعه کنید.

ترموکوپل چیست ؟

یک از ساده ترین و در عین حال مناسب ترین انتخاب ها برای سنسور دما، ترموکوپل است. این سنسور از دو فلز نا هم جنس تشکیل شده است که از یک سر به هم وصل هستند. این سر مشترک دریافت کننده دما است. پس از دریافت دما، ولتاژی در سر دیگر ترموکوپل ایجاد می شود. برای اندازه گیری دما لازم است این ولتاژ را تحلیل کنیم.

برای آشنایی بیشتر با این تجهیز مقالات “ترموکوپل چیست؟” و “فیلم آموزش عملکرد ترموکوپل” گزینه های مناسبی خواهند بود.

شکل ۲- ترموکوپل

RTD چیست ؟

آشکارساز دمای مقاومتی (Resistance Temperature Detector) که به عنوان RTD یا دماسنج مقاومتی هم شناخته می شود، نوعی سنسور دما است. این سنسور ها از عناصر فلزی خاصی تشکیل شده اند که تغییر مقاومت آن ها تابعی از دما است. با افزایش دما، مقاومت فلز افزایش یافته و با کاهش دما مقاومت کاهش پیدا می کند. عبور جریان از طریق RTD باعث ایجاد ولتاژ در RTD  می شود. با اندازه گیری این ولتاژ می توان مقاومت و دما را تعیین کرد.

شکل ۳- RTD

گام دوم انتقال اطلاعات از سنسور به کنترل کننده

برای انتقال اطلاعات از سنسور های دما به کنترل کننده به تجهیزی به نام ترنسمیتر دما نیاز است.

ترنسمیتر دما

ترنسمیتر دما (Temperature Transmitter) تجهیزی است که اطلاعات سنسور دما را دریافت کرده و آن را به سیگنال استاندارد الکتریکی تبدیل می کند. این سیگنال استاندارد به سمت PLC انتقال داده شده و از طریق کارت ورودی آنالوگ PLC به کنترل کننده می رود. پس ترنسمیتر دما مسئول تبدیل سیگنال خروجی سنسور دما به سیگنال قابل خواندن برای واحد پردازش اطلاعات است.

ورودی ترنسمیتر های دما

رایج ترین انواع ورودی برای ترنسمیترهای دما، سیگنال های خروجی ترموکوپل ها و RTD ها هستند.

ترنسمیتر های ترموکوپل معمولاً برای ترموکوپل های نوع K ، T، J و E طراحی می شوند. این بدان معنا نیست که ترنسمیتر ها برای انواع دیگر ترموکوپل‌ ها موجود نیستند، بلکه منظور آن است که، ممکن است گران‌ تر باشند. ترموکوپل ها دارای دو سیم هستند، بنابراین فرستنده ها هم دو ترمینال ورودی دارند، که سیم ها به  آن ها وصل می شود.

برای ورودی های ترنسمیترهای RTD باید به پیکربندی آن توجه کرد. RTDها در سه پیکربندی مختلف ساخته می شوند: دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه. هر یک از این RTD ها به ترنسمیتر خاص خود نیاز دارد.

خروجی ترنسمیتر دما

مطابق آنچه بیان شد، ترنسمیتر های دما به‌ عنوان واسطه سنسور و گیرنده عمل می‌ کنند، بنابراین باید مقداری را تولید کنند که توسط کنترل کننده قابل اندازه‌گیری باشد. در سراسر صنعت، خروجی یک ترنسمیتر دما سیگنالی استاندارد است. این سیگنال استاندارد معمولا  ۴-۲۰ میلی آمپر،۰-۵ ولت DC یا ۰-۱۰ ولت DC است.

اگر با سیگنال های استاندارد الکتریکی آشنا نیستید، به مقاله “سیگنال‌ های استاندارد الکتریکی کدام اند؟” مراجعه کنید.

انواع ترنسمیتر های دما

دو شکل اصلی ترنسمیترها، ترنسمیتر قابل نصب روی DIN ریل و ترنسمیتر هاکی پاک (که روی سر غلاف نصب می شوند(Head Mounted)) هستند.

ترنسمیتر های قابل نصب روی DIN ریل

• قابلیت نصب روی تابلوهای برق یا هر موقعیتی که از DIN ریل استفاده شده است، را دارند.
• این فرم از فرستنده با داشتن محفظه پلاستیکی بادوام، برای محیط های صنعتی مناسب است.
• اندازه مناسب، آن ها را به یک انتخاب خوب برای صرفه جویی در فضا تبدیل می کند.
• عملکرد ترنسمیتر های ریلی DIN بسیار دقیق است.

شکل ۴- ترنسمیترهای دما که قابل نصب روی ریل DIN هستند.

ترنسمیتر های هاکی پاک (Hockey Puck)

• این ترنسمیتر ها رایج ترین نوع آن ها هستند.
• دقت مناسب دارند و کم هزینه اند.
• به گونه ای طراحی شده اند که کوچک باشند و میزان سخت افزار نصب را محدود کنند.

شکل ۵- ترنسمیتر نوع هاکی پاک

کاربرد ترنسمیتر ها

از دهه ۱۹۵۰، ترنسمیتر ها در هر صنعت بزرگی که سنسور های دما وجود داشته باشند، استفاده شده است:

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

صنایعی هستند که ترنسمیتر ها در آن ها کاربرد دارند.

شکل ۶- کاربرد ترنسمیتر دما در کنار سنسورهای دما

چگونه ترنسمیتر انتخاب کنیم ؟

الف) لازم است عملکرد یک ترنسمیتر دما را درک کرده و به سوالات زیر پاسخ دهیم: ترنسمیتر در کجا نصب خواهد شد و در چه محیطی باید کار کند؟ در کاربرد مورد نظر ما، یک خطای اندازه گیری چقدر هزینه دارد؟ پاسخ این سوالات میزان دقت و ساختار فیزیکی ترنسمیتر مورد نیاز را تعیین می کند.

ب) باید ورودی ها را شناسایی کنیم. بسته به این که از ترموکوپل یا RTD استفاده می کنیم، باید ورودی های مناسب را انتخاب کنیم.

ج) خروجی ها را شناسایی کنیم. باید PLC یا واحد جمع آوری داده خود را بررسی کرده و تعیین کنیم که کدام نوع خروجی باید از ترنسمیترها ارسال شود.

د) منبع تغذیه را شناسایی کنیم. منبع تغذیه چیزی است که باید بر اساس سایر اجزای سیستم خود انتخاب نمائیم. اگر لوازم الکترونیکی داشته باشیم که با ولتاژ ۱۲ ولت DC کار می کنند، منطقی است که از ۱۲ ولت DC  به عنوان منبع تغذیه خود استفاده کنیم.

گام سوم ارسال فرمان کنترلی بر اساس دمای اندازه گیری شده

پس از ساخت سیگنال استاندارد الکتریکی در خروجی ترنسمیتر، این سیگنال از طریق کارت ورودی آنالوگ به PLC منتقل می شود. PLC پس از دریافت اطلاعات، با توجه به برنامه های از پیش تعیین شده، فرمان کنترلی ارسال کرده و زنجیره کنترل دما تکمیل می شود. این فرآیند در بازه های زمانی مشخص تکرار می شود تا دما در محدوده مطلوب باقی بماند.

­­­­­جمع بندی

ترموکوپل ها برای برقراری ارتباط با کنترل کننده ها به تجهیزی واسط نیاز دارند. این تجهیز ترنسمیتر دما نامیده می شود، که با دریافت ولتاژ خروجی سنسور دما (ترموکوپل یا RTD)، یک سیگنال استاندارد الکتریکی تولید می کند. این سیگنال با ورود به کارت آنالوگ PLC ، اطلاعات دمای اندازه گیری شده را منتقل می کند. دوره “اتوماسیون کار ماهر” مرجع بسیار خوبی برای آموزش این تجهیزات هستند

فیلم آموزش عملکرد ترنسمیتر دما

ویدیوی زیر آموزش خوبی درباره ترنسمیتر های ترموکوپل خواهد بود.