ترانسمیتر 4-20 میلی آمپر چگونه کار می‌کند؟

سنسور یک دستگاه ورودی است که یک خروجی قابل استفاده در پاسخ به اندازه گیری ورودی ارائه می‌دهد. سنسور معمولاً عنصر حسگر، حسگر اولیه یا آشکارساز اولیه نیز نامیده می‌شود. اندازه گیری پارامتر فیزیکی است که باید اندازه گیری شود.

مبدل ورودی خروجی الکتریکی تولید می‌کند که نماینده اندازه گیری ورودی است. خروجی آن شرطی شده و برای استفاده توسط الکترونیک گیرنده مانند PLC یا DCS آماده است.

الکترونیک دریافت کننده می تواند یک نشانگر، کنترل کننده، کامپیوتر، PLC، DCS  و غیره باشد. اصطلاح ترانسمیتر که معمولاً در ابزار دقیق کنترل فرآیند صنعتی استفاده می‌شود، تعریف محدودتری نسبت به حسگر یا مبدل دارد:

ترانسمیتر 4-20 میلی آمپر

ترانسمیتر مبدلی است که با استفاده از یک عنصر حسگر به یک متغیر اندازه گیری شده پاسخ می‌دهد و آن را به یک سیگنال انتقال استاندارد (مانند 4-20 میلی آمپر) تبدیل می‌کند که فقط تابعی از متغیر اندازه گیری شده است.

ترانسمیتر ها می توانند هر یک از چندین طرح اتصال الکتریکی را داشته باشند. رایج‌ترین و ساده‌ترین مورد استفاده، پیکربندی دو سیمه با منبع تغذیه است.

این به طور کلی پیکربندی اساسی برای سیستم های کنترل فرآیند صنعتی و زمانی که ارتباط دیجیتال مورد نیاز نیست، است.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، تنها دو سیم برای تطبیق برق به ترانسمیتر و سیگنال خروجی از ترانسمیتر استفاده می‌شود.

برای تسهیل یک سیستم کنترل حلقه بسته، اطلاعات فرآیند باید قبل از اینکه یک کنترلر بتواند تعیین کند چه عملی ممکن است توسط یک عنصر کنترل مورد نیاز باشد، به دست آید. برخی از نام‌های رایج برای دستگاه‌های حسگر که اطلاعات را ارائه می‌کنند، حسگرها، مبدل‌ها و یا ترانسمیتر‌ها هستند.

جریان استاندارد حلقه معمولاً 4 تا 20 میلی آمپر است. پارامترهای مهم کالیبراسیون با یک حلقه جریان صفر، مقیاس کامل و دهانه هستند.

در محدوده 4 تا 20 میلی آمپر، جریان حلقه معمولاً 4 میلی آمپر است که اندازه گیری یا متغیر فرآیند در حد صفر است، و 20 میلی آمپر زمانی که اندازه گیری یا متغیر فرآیند در مقیاس کامل است.

تفاوت بین صفر و مقیاس کامل، 16 میلی آمپر، دهانه نامیده می‌شود. بنابراین، دامنه مربوط به محدوده مشخص شده اندازه گیری یا متغیر فرآیند است.

به عنوان مثال، هنگام در نظر گرفتن یک ترانسمیتر جریان، محدوده اندازه گیری یا متغیر فرآیند 0.0 تا 100.0 متر مکعب در ساعت است که مربوط به جریان حلقه 4 تا 20 میلی آمپر است (بنای خروجی آن 16 میلی آمپر است). ضریب مقیاس بندی خروجی 0.16 میلی آمپر یا (m3/hr) است.

عملکرد ترانسمیتر 4-20 میلی آمپر چگونه است؟

مفروضات: استاندارد + 24 ولت DC با 20 میلی آمپر

به طور کلی کانال کارت ورودی آنالوگ PLC / DCS جریان بیش از 20 میلی آمپر را برای تغذیه حلقه تامین می‌کند.

مورد 1: متغیر فرآیند 0%

کارت ورودی آنالوگ PLC / DCS یک سیگنال استاندارد +24 ولت DC، 20 میلی آمپر را برای تغذیه ترانسمیتر ارسال می‌کند.

یک کابل یک جفت برای تغذیه ترانسمیتر و از همان کابل برای دریافت داده ها در محدوده جریان 4-20 میلی آمپر استفاده می‌شود.

ترانسمیتر +24 ولت DC، بیش از 20 میلی آمپر سیگنال در حلقه دریافت می‌کند. حداقل سیگنال +5V DC، 20mA برای عملکرد صحیح ترانسمیتر مورد نیاز است. در عملی یک افت ولتاژ در حلقه وجود خواهد داشت.

ترانسمیتر دارای یک عملکرد تنظیم کننده ولتاژ داخلی است که برای تنظیم جریان حلقه استفاده می‌شود. ترانسمیتر با LRV، URV و سایر جزئیات متغیر Process پیکربندی می‌شود. جریان حلقه بر اساس متغیر فرآیند اندازه گیری شده توسط ترانسمیتر تغییر می‌کند.

جریان 4-20 میلی آمپر با استفاده از یک مقاومت دقیق 250 اهم به 1 تا 5 ولت DC استاندارد تبدیل می‌شود. مبدل آنالوگ به دیجیتال برای تبدیل ولتاژ به سیگنال دیجیتال استفاده می‌شود که برای نشان دادن مقدار متغیر فرآیند در DCS / PLC HMI استفاده می‌شود.

مثال:

یک ترانسمیتر جریان با برد 0 تا 100 متر مکعب در ساعت. ترانسمیتر 0 m3/hr را نشان می‌دهد زیرا جریانی در خط وجود ندارد. DCS / PLC ترانسمیتر را با +24 ولت DC، 20 میلی آمپر تغذیه می‌کند.

از آنجایی که متغیر فرآیند 0 مترمکعب در ساعت است، ترانسمیتر جریان حلقه را تا 4 میلی آمپر تنظیم می‌کند و ولتاژ معادل آن 1 ولت DC است که توسط مبدل A/D اندازه گیری می‌شود که نشان دهنده 0% متغیر فرآیند است.

یک ترانسمیتر 4-20 میلی آمپر چگونه کار می‌کند؟

نکته: جریان حلقه در شروع یا پایان یا هر نقطه از حلقه یکسان خواهد بود. فقط برای درک آسان، هر دو سیگنال 20 میلی آمپر و 4 میلی آمپر در انیمیشن نشان داده شده اند.

در عمل، وقتی جریان را در هر نقطه از حلقه اندازه گیری می کنیم، جریان خروجی ترانسمیتر مطابق شکل بالا 4 میلی آمپر پیدا می‌شود، بنابراین فرض کنید سیستم DCS/PLC حلقه را با +24 ولت DC، 20 میلی آمپر تغذیه می‌کند (معمولاً سیستم ها مقدار بیشتری را تامین می کنند. بیش از 20 میلی آمپر) در حالی که ترانسمیتر جریان حلقه را در محدوده 4 میلی آمپر تا 20 میلی آمپر مطابق با پیکربندی و مقدار متغیر فرآیند زمان واقعی خود تنظیم می‌کند.

اگر می خواهید سیگنال توان حلقه PLC/DCS یعنی 20 میلی آمپر (طبق شکل بالا) را اندازه گیری کنید، ترانسمیتر را از حلقه جدا کنید و مولتی متر را به صورت سری با DCS/PLC وصل کنید تا جریان حلقه را اندازه گیری کنید. و کابل یک جفت یک کابل جفت تابیده است.

مورد 2: متغیر فرآیند 50٪

همان اصل اعمال می‌شود. ترانسمیتر جریان حلقه را مطابق با متغیر فرآیند تنظیم می‌کند.

تنها تفاوت این است که عنصر حسگر ترانسمیتر خروجی خود را به عنوان متغیر فرآیند از 0٪ تا 50٪ تغییر می‌دهد. ترانسمیتر جریان حلقه را مطابق با عنصر حسگر تنظیم می‌کند.

مطالب مرتبط: قیمت ترانسمیتر دما | نکات مهم قبل از خرید ترانسمیتر دما (Temperature

مثال:

متغیر فرآیند 50 متر مکعب در ساعت را نشان می‌دهد. ترانسمیتر خروجی را به 12 میلی آمپر در حلقه مطابق با محدوده پیکربندی شده و متغیر فرآیند اندازه گیری شده تنظیم می‌کند و ولتاژ معادل آن 3 ولت DC است که توسط مبدل A/D اندازه گیری می‌شود که نشان دهنده 50 درصد متغیر فرآیند است.

مورد 3: متغیر فرآیند 100%

همان اصل اعمال می‌شود. ترانسمیتر جریان حلقه را مطابق با متغیر فرآیند تنظیم می‌کند.

تنها تفاوت این است که عنصر حسگر ترانسمیتر خروجی خود را به عنوان متغیر فرآیند از 50٪ تا 100٪ تغییر می‌دهد. ترانسمیتر جریان حلقه را مطابق با عنصر حسگر تنظیم می‌کند.

مثال:

متغیر فرآیند 100 متر مکعب در ساعت را نشان می‌دهد. ترانسمیتر خروجی ها را تا 20 میلی آمپر در حلقه مطابق با محدوده پیکربندی شده و متغیر فرآیند اندازه گیری شده تنظیم می‌کند و ولتاژ معادل آن 5 ولت DC است که توسط مبدل A/D اندازه گیری می‌شود که نشان دهنده 100٪ متغیر فرآیند است.

متغیر فرآیند

اگرچه تقریباً هر نوع مبدل را می توان به عنوان یک ترانسمیتر پیکربندی کرد، رایج ترین انواع برای کنترل فرآیند صنعتی شامل اندازه گیری ها یا متغیرهای فرآیند مانند دما، فشار، جریان، سطح و غیره است.

ترانسمیتر‌های اندازه‌گیری سایر پارامترها برای روش‌های ارتباطی و ارتباطی امکانات یکسانی خواهند داشت، با تفاوت‌های اصلی در طراحی المان حسگر ترانسمیتر و تجهیزات الکترونیکی با کمی اصلاح نرم‌افزاری یکسان خواهد بود.

دو حلقه سیم

مزیت اصلی یک حلقه دو سیم این است که تعداد سیم های مورد نیاز برای راه اندازی برق و سیگنال را به حداقل می رساند. استفاده از یک حلقه جریان برای ارسال سیگنال همچنین دارای مزایای کاهش حساسیت به نویز الکتریکی و اثرات بارگذاری است.

نویز الکتریکی کاهش می یابد زیرا دو سیم به صورت یک جفت پیچ خورده اجرا می شوند و اطمینان حاصل می‌شود که هر یک از دو سیم بردار یکسانی از انرژی را از منابع نویز دریافت می کنند، مانند میدان های الکترومغناطیسی به دلیل تغییر جریان در یک هادی یا الکتریکی مجاور. موتور

از آنجایی که الکترونیک گیرنده متصل به ترانسمیتر برای نادیده گرفتن سیگنال های حالت مشترک طراحی شده است، نویز الکتریکی حالت مشترک نادیده گرفته می‌شود.

حساسیت به اثرات بارگذاری کاهش می‌یابد، زیرا جریان در جفت پیچ خورده تحت تأثیر مقاومت اضافی کابل‌های طولانی قرار نمی‌گیرد.

یک کابل طولانی یا مقاومت سری دیگر باعث افت ولتاژ بیشتر می‌شود اما تا زمانی که انطباق ولتاژ کافی در مدار برای تامین جریان سیگنال موجود باشد، بر سطح جریان تأثیر نمی گذارد.

انطباق مدار برای رسیدگی به افت ولتاژ معین از دستگاه های حلقه اضافی به مدار خروجی ترانسمیتر و ولتاژ منبع تغذیه بستگی دارد.

منبع تغذیه معمولی برای ترانسمیتر های صنعتی +24 VDC است. به عنوان مثال، اگر 6 ولت برای تغذیه ترانسمیتر و مدار خروجی آن مورد نیاز است، 18 ولت از انطباق باقی می ماند تا مقاومت سیم، مقاومت بار، افت ولتاژ در موانع ایمنی ذاتی (IS) و نمایشگرهای راه دور و غیره وجود داشته باشد.

در جایی که سیگنال حلقه جریان به تجهیزات دریافت کننده اصلی (PLC/DCS) یا سیستم جمع آوری داده وصل می‌شود، معمولاً یک مقاومت بار دقیق 250 اهم متصل می‌شود.

این سیگنال جریان 4 تا 20 میلی آمپر را به سیگنال 1 تا 5 ولتی تبدیل می‌کند، زیرا پیکربندی مبدل آنالوگ به دیجیتال تجهیزات گیرنده (PLC/DCS) به عنوان ورودی حسگر ولتاژ یک روش استاندارد است.

سه و چهار حلقه سیم

بر خلاف پیکربندی حلقه جریان دو سیمه، برخی از دستگاه های حلقه جریان نیاز به اتصال سه یا چهار سیم دارند. اینها به صورت حلقه ای تغذیه نمی شوند و بنابراین وسیله جداگانه ای برای تامین برق با افزودن یک یا دو سیم دیگر دارند.

در پیکربندی چهار سیم، سیم‌های حلقه جریان می‌توانند یک جفت پیچ خورده و سیم‌های منبع تغذیه یک جفت تابیده جداگانه باشند. این توانایی رد تداخل الکتریکی و مغناطیسی حالت مشترک را حفظ می‌کند. این در پیکربندی سه سیمه به دلیل اتصال مشترک مسیر جریان برگشتی چندان مؤثر نیست.

با این حال، به طور معمول، زمانی که یک مهندس ابزار دقیق یک ترانسمیتر حلقه جریان را برای کنترل فرآیند صنعتی مشخص می‌کند، فرض می‌شود که یک دستگاه دو سیمه با قدرت حلقه 4 تا 20 میلی آمپر در نظر گرفته شده است.

سایر سیگنال های داده نیز ممکن است بر روی همان جفت سیم قرار گیرند، یا در صورت لزوم، می توان از تکنیک های مختلف ارتباط دیجیتالی به جای یک حلقه جریان استفاده کرد.

برای مشاوره و استعلام قیمت با ما در تماس باشید.

محصولات پیشنهادی: 

مبدل آی تو پی 5288 سامسون