به زبان ساده، ترانسمیتر دما وسیله‌ای است که سیگنال الکتریکی تولید شده توسط سنسور دما شامل ترموکوپل یا ترمورزیستنس را به جریان الکتریکی ۴ تا ۲۰ میلی آمپر تبدیل می نماید. در ترموکوپل ها، ولتاژ ایجاد شده را به جریان و در سنسورهای ترمورزیستنس ( RTD) ، مقاومت ترمورزیستنس را به جریان تبدیل می نماید.

برای مثال فرض کنید یک ترموکوپل Type K در یک کوره صنعتی قرار گرفته است. ترموکوپل در اثر تغییر دما یک ولتاژ بسیار کوچک تولید می‌کند. این ولتاژ معمولاً در حد میلی‌ ولت است و انتقال مستقیم آن در مسافت‌های طولانی می‌تواند تحت تأثیر عوامل مختلف قرار گیرد. ترانسمیتر می‌تواند این سیگنال را دریافت کرده و مثلاً به یک خروجی استاندارد ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر تبدیل کند.

چرا به جای اتصال مستقیم سنسور از ترانسمیتر استفاده می کنیم؟

فرض کنید یک ترموکوپل Type S در فاصله ۵۰ متری از تابلو کنترل قرار دارد. اگر بخواهیم سیگنال میلی‌ولتی ترموکوپل را مستقیماً تا تابلو منتقل کنیم، احتمال تأثیرپذیری از نویزهای الکتریکی و مشکلات مربوط به سیم‌کشی افزایش پیدا می‌کند. اما اگر یک ترانسمیتر کلاهکی در داخل کلاهک سنسور نصب شود، سیگنال سنسور در همان محل به جریان ۴-۲۰ mA تبدیل می‌شود و سپس این سیگنال استاندارد به تابلو کنترل منتقل می‌شود.

بنابراین یکی از مهم‌ترین دلایل استفاده از ترانسمیتر، تبدیل یک سیگنال حساس سنسور به یک سیگنال استاندارد و مناسب برای انتقال و کنترل صنعتی می باشد.

مزایای استفاده از ترانسمیتر دما

• کاهش تأثیر نویز

سیگنال ترموکوپل در مقایسه با سیگنال ۴-۲۰ mA بسیار ضعیف‌تر است. بنابراین در محیط‌های صنعتی که موتور، اینورتر، کنتاکتور، کابل قدرت و تجهیزات الکتریکی زیادی وجود دارد، استفاده از ترانسمیتر می‌تواند انتقال سیگنال را قابل اعتمادتر کند.

• امکان انتقال سیگنال در مسافت‌های طولانی

یکی از مزایای مهم خروجی ۴-۲۰ mA این است که می‌توان سیگنال را در مسیرهای نسبتاً طولانی منتقل کرد.

در نتیجه می‌توان ترانسمیتر را نزدیک سنسور نصب کرد و خروجی آن را به تابلو کنترل منتقل کرد.

• استانداردسازی سیگنال

ترانسمیتر می‌تواند انواع مختلف سنسورها را به یک خروجی استاندارد تبدیل کند.

برای مثال:

Type K → ۴-۲۰ mA

یا:

Pt100 → ۴-۲۰ mA

بنابراین PLC یا کنترلر دما  نیازی ندارد مستقیماً سیگنال خام تمام انواع سنسورها را پردازش کند.

معایب ترانسمیتر دما

ترانسمیترها در کنار مزایای فراوان، معایبی نیز دارند.

۱– افزایش هزینه سیستم

استفاده از ترانسمیتر نسبت به اتصال مستقیم سنسور هزینه بیشتری ایجاد می‌کند.

۲- نیاز به تغذیه

بسیاری از ترانسمیترها برای عملکرد صحیح به منبع تغذیه نیاز دارند.

در سیستم‌های Loop Powered، انرژی مورد نیاز از همان مدار جریان تأمین می‌شود؛ اما در برخی مدل‌ها نیاز به منبع تغذیه جداگانه وجود دارد.

۳- ایجاد یک نقطه خرابی اضافی

وقتی ترانسمیتر به سیستم اضافه می‌شود، یک تجهیز الکترونیکی دیگر نیز وارد زنجیره اندازه‌گیری می‌شود.

بنابراین خرابی ترانسمیتر می‌تواند باعث از دست رفتن سیگنال دما شود.

۴- محدودیت دمایی محیطی ترانسمیتر

این نکته در کوره ها  بسیار مهم و حائز اهمیت می باشد. خود سنسور ممکن است برای دماهای بسیار بالا طراحی شده باشد، اما مدار الکترونیکی ترانسمیترهای کلاهکی چنین تحمل دمایی ندارند و حداکثر تا دمای ۵۵ درجه سانتی گراد قابل کارکرد می باشند. به همین دلیل محل نصب ترانسمیتر باید با توجه به محدوده دمای مجاز آن انتخاب شود.

انواع ترانسمیتر دما

از نظر نحوه نصب، ترانسمیترهای دما را می‌توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد:

1. ترانسمیتر دمای کلاهکی (Head Mounted)
2. ترانسمیتر دمای ریلی (DIN Rail Mounted)
3. ترانسمیتر دمای فیلدی (Field Mounted)

در ادامه هرکدام را بررسی می‌کنیم.

۱- ترانسمیتر دمای کلاهکی

ترانسمیتر کلاهکی یا Head Mounted Temperature Transmitter  معمولاً در داخل هد یا کلاهک ترموکوپل یا RTD نصب می‌شود.

این مدل معمولاً ابعاد کوچکی دارد و به گونه‌ای طراحی شده است که داخل محفظه کلاهک سنسور قرار بگیرد.

مزایای ترانسمیتر کلاهکی

• ابعاد کوچک
• نصب نزدیک به سنسور
• کاهش طول مسیر سیگنال ضعیف
• مناسب برای ترموکوپل و RTD
• قیمت مناسب در بسیاری از کاربردها
• مناسب برای نصب‌های متعدد

معایب

• دسترسی دشوارتر نسبت به ترانسمیتر ریلی
• فضای محدود برای سیم‌کشی
• محدودیت در نمایشگر و امکانات جانبی
• حساسیت بیشتر به دمای محیط نصب

ترانسمیتر کلاهکی انتخاب بسیار مناسبی برای زمانی است که می‌خواهیم تبدیل سیگنال دقیقاً در محل سنسور انجام شود.

۲- ترانسمیتر دمای ریلی

ترانسمیتر ریلی یا DIN Rail Temperature Transmitter داخل تابلو برق و روی ریل DIN نصب می‌شود.

این نوع ترانسمیتر بیشتر برای پروژه‌هایی مناسب است که تعداد زیادی سنسور در نقاط مختلف وجود دارد و می‌خواهیم تجهیزات تبدیل سیگنال را در تابلو کنترل متمرکز کنیم.

مزایای ترانسمیتر ریلی

• دسترسی آسان برای تعمیر و تنظیم
• نصب منظم داخل تابلو
• مناسب برای تعداد زیاد سنسورها
• سیم‌کشی و عیب‌یابی ساده‌تر
• امکان نصب چندین ترانسمیتر کنار یکدیگر
• مناسب برای سیستم‌های اتوماسیون صنعتی

معایب

• سیگنال خام سنسور باید تا تابلو منتقل شود.
• در مسیرهای طولانی احتمال تأثیر نویز بیشتر از حالت نصب ترانسمیتر در نزدیکی سنسور است.
• فضای تابلو را اشغال می‌کند.
• هزینه و پیچیدگی سیم‌کشی می‌تواند افزایش یابد.

-۳ ترانسمیتر دمای فیلدی

ترانسمیتر فیلدی یا Field Mounted Temperature Transmitter برای نصب در محیط صنعتی و نزدیک به محل اندازه‌گیری طراحی شده است. این مدل معمولاً دارای یک محفظه مقاوم‌تر است و در برخی مدل‌ها می‌تواند دارای نمایشگر محلی نیز باشد.

ترانسمیترهای فیلدی در فرآیندهایی که شرایط محیطی سخت‌تر است، کاربرد زیادی دارند.

مزایا

• مناسب برای محیط‌های صنعتی
• دسترسی محلی به اطلاعات
• امکان استفاده از نمایشگر در برخی مدل‌ها
• مناسب برای محیط‌های سخت
• امکان طراحی برای کاربردهای خاص صنعتی
• در برخی مدل‌ها قابلیت استفاده در محیط‌های دارای الزامات ضدانفجار

معایب

• قیمت بالاتر
• ابعاد بزرگ‌تر
• نصب پیچیده‌تر
• نیاز به تجهیزات جانبی بیشتر
• هزینه بالاتر تعمیر و نگهداری در برخی کاربردها

ترانسمیتر دما چگونه کار می‌کند؟

فرآیند عملکرد ترانسمیتر را می‌توان در چند مرحله خلاصه کرد:

مرحله اول: اندازه‌گیری

سنسور دما مقدار دما را اندازه‌گیری می‌کند.

مثلاً یک Pt100 در دمای ۲۰۰°C مقاومت مشخصی ایجاد می‌کند.

یا یک ترموکوپل Type K در اثر اختلاف دما یک ولتاژ تولید می‌کند.

مرحله دوم: دریافت سیگنال

ترانسمیتر سیگنال سنسور را دریافت می‌کند.

مرحله سوم: پردازش

مدار الکترونیکی ترانسمیتر سیگنال را پردازش و در صورت نیاز خطی‌سازی و جبران‌سازی می‌کند.

مرحله چهارم: تبدیل

سیگنال به خروجی استاندارد، مثلاً، ۴ تا ۲۰ میلی آمپرتبدیل می شود.

مرحله پنجم: انتقال به سیستم کنترل

سیگنال به:

• PLC
• کنترلر دما
• دیتالاگر
• سیستم SCADA

ارسال می‌شود.

ترانسمیتر دما با HART چیست؟

برخی ترانسمیترهای پیشرفته علاوه بر خروجی ۴-۲۰ mA، از پروتکل ارتباطی HART نیز پشتیبانی می‌کنند.

در این حالت علاوه بر انتقال مقدار اندازه‌گیری، امکان تبادل اطلاعات دیجیتال با تجهیز نیز وجود دارد.

این اطلاعات می‌تواند شامل مواردی مانند:

• تنظیمات ترانسمیتر
• محدوده اندازه‌گیری
• وضعیت سنسور
• اطلاعات تشخیصی
• خطاها
• برخی پارامترهای عملکردی

باشد. بنابراین HART می‌تواند قابلیت‌های عیب‌یابی و تنظیمات ترانسمیتر را افزایش دهد.

ترانسمیتر دما در کوره‌های صنعتی

در کوره‌های صنعتی استفاده صحیح از ترانسمیتر اهمیت زیادی دارد.

فرض کنید یک ترموکوپل Type S برای اندازه‌گیری دمای یک کوره عملیات حرارتی استفاده شده است. ترموکوپل در محل کوره نصب شده و فاصله آن تا تابلو کنترل ۳۰ متر است. در چنین شرایطی می‌توان ترانسمیتر را در نزدیکی سنسور نصب کرد. ولتاژ ترموکوپل به جریان ۴ تا ۲۰ میلی آمپر تبدیل شده و این جریان از طریق کابل های معمولی به کنترلر دما یا پی ال سی (PLC) منتقل خواهد شد. این کار می‌تواند انتقال سیگنال را ساده‌تر و سیستم را نسبت به مشکلات ناشی از انتقال سیگنال ضعیف مقاوم‌تر کند.

البته انتخاب نوع ترانسمیتر باید با توجه به دمای محیط، نوع سنسور، محدوده اندازه‌گیری، دقت مورد نیاز، نوع خروجی و شرایط محیطی انجام شود.

هنگام خرید ترانسمیتر دما به چه نکاتی توجه کنیم؟

انتخاب ترانسمیتر فقط بر اساس قیمت کار درستی نیست.

حداقل این پارامترها باید بررسی شوند:

۱- نوع ورودی

آیا ترانسمیتر برای سنسور موردنظر مناسب است؟ مثلا Type K، Type S، Type R، Type B یا Pt100

۲- محدوده اندازه‌گیری

رنج دمایی مورد نظر در چه دامنه ای می باشد. مثلا ۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد

-۳ نوع سیگنال خروجی ترانسمیتر

رایج‌ترین گزینه، جریان ۴ تا ۲۰ میلی آمپر می باشد.

۴- دقت

برای فرآیندهای حساس، دقت ترانسمیتر اهمیت زیادی دارد.

۵- نوع نصب

باید مشخص شود که ترانسمیتر، کلاهکی، ریلی یا فیلدی باشد.

۶- دمای محیط

خصوصاً در کاربردهای کوره‌ای باید بررسی شود که دمای محل نصب ترانسمیتر از محدوده مجاز آن بیشتر نباشد.

۷- نوع تغذیه

مثلاً، Loop Powered یا دارای تغذیه جداگانه.

-۸ امکانات ارتباطی

در کاربردهای پیشرفته ممکن است وجود، HART، Modbus یا سایر پروتکل‌ها ضروری باشد.

آیا همیشه استفاده از ترانسمیتر ضروری است؟

خیر، این تصور که در تمام سنسورهای اندازه‌گیری دما حتماً باید از ترانسمیتر استفاده شود، درست نیست.

اگر سنسور در فاصله بسیار کوتاهی از کنترلر قرار داشته باشد و کنترلر مستقیماً ورودی مناسب ترموکوپل یا RTD را پشتیبانی کند، ممکن است استفاده از ترانسمیتر ضرورت نداشته باشد.

اما در بسیاری از سیستم‌های صنعتی، خصوصاً زمانی که:

• فاصله سنسور تا تابلو زیاد است،
• محیط نویزی است،
• تعداد سنسورها زیاد است،
• نیاز به تشخیص خطا وجود دارد،
• نیاز به استانداردسازی سیگنال داریم،
• یا سیستم کنترل فقط ورودی ۴-۲۰ mA دارد،

استفاده از ترانسمیتر می‌تواند انتخاب بسیار مناسبی باشد.

صنایع و مراکز مصرف کننده ترانسمیتر

ترانسمیترها در صنایع مختلفی مانند فولاد، ریخته‌گری، سیمان، کاشی و سرامیک، پتروشیمی، نفت و گاز، نیروگاه‌ها، صنایع غذایی، دارویی و کوره‌های صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارند.

شرکت نگار تامین آمادگی دارد تا بر اساس نیاز مصرف کنندگان ترانسمیتر، پیشنهاد تخصصی خویش را بر اساس ترانسمیترهای موجود در بازار ایران ارائه نماید.