ترانسمیتر (Transmitter) چیست
پیش‌تر در پستی جداگانه به شکلی مفصل به ترانسدیوسر پرداختیم، این بار می‌خواهیم به ترانسمیتر که در عمل شباهت بسیار زیادی به ترانسدیوسر دارد بپردازیم. این دو تجهیز به‌مرورزمان از دید ویژگی‌های عملکردی بیشتر از قبل به هم نزدیک شده‌اند، این نزدیکی تا جایی پیشرفته که در برخی مدل‌ها عملاً هیچ تفاوتی بین Transmitter و Transducer دیده نمی‌شود. در ادامه در ابتدای کار نگاهی دقیق‌تر به ترانسمیتر خواهیم داشت و سپس تفاوت آن با ترنسدیوسر و ساختار آن را بررسی خواهیم کرد و در پایان نیز نگاهی دقیق به انواع و کاربردهای ترانسمیتر با یکدیگر خواهیم داشت.
آنچه که در این نوشتار خواهید خواند:
- ترانسمیتر چیست
- تفاوت ترانسدیوسر و ترانسمیتر
- ساختار ترانسمیتر
- کالیبره کردن ترنسمیتر
- کاربرد ترانسمیتر
- انواع ترانسمیتر
- ترانسمیتر فشار
- ترانسمیتر سطح
- ترانسمیتر دما
- ترانسمیتر لودسل
- ترانسمیتر رطوبت
- منابع
قبل از ورود به بررسی اجازه دهید کار را با دیدن یک کلیپ کوتاه در مورد معرفی ترانسمیتر شروع نماییم، بدین ترتیب شما را به دیدن این کلیپ کوتاه که توسط تیم PowerEn به فارسی ترجمه و زیرنویس شده است دعوت می‌نمایم.
دانلود فیلم ترانسمیتر چیست – Full HD | با حجم ۳۷ مگابايت
ترنسمیتر چیست
ترانسمیتر به دستگاهی گفته می‌شود که بتواند یک کمیت فیزیکی را اندازه‌گیری کرده و آن را به مکانی دورتر مانند اتاق کنترل انتقال دهد.
به صورت کلی در ترانسمیتر شاهد سه واقعه بسیار مهم می‌باشیم، در ابتدا کمیت فیزیکی مانند دما به معادل جریانی یا ولتاژی و یا حتی مقاومتی (به صورت کلی سیگنال الکتریکی) تبدیل می‌شود. در این مرحله مشخصاً ولتاژ و یا جریان به‌دست‌آمده می‌تواند در بازه منفی بی‌نهایت تا مثبت بی‌نهایت (منظور تغییرپذیری کنترل نشده می‌باشد) تغییرات داشته باشد، به همین دلیل واقعه دوم اتفاق می‌افتد و آن مدیریت و تبدیل این سیگنال الکتریکی در یک بازه مشخص با عنوان “سیگنال استاندارد” می‌باشد و درنهایت برای انتقال مناسب این سیگنال واقعه سوم که تقویت سازی سیگنال ارسالی می‌باشد صورت می‌پذیرد تا بتوان خروجی نهایی را به فاصله‌های طولانی‌تری انتقال داد (ترانسمیترها عموماً از قطعاتی مثل op-amp برای تقویت و خطی کردن این سیگنال‌های ضعیف استفاده می‌کنند).
باتوجه‌به اینکه در مرحله پایانی با یک سیگنال الکتریکی استاندارد روبه‌رو می‌باشیم می‌توانیم این سیگنال را برای تجهیزات پیشرفته کنترلی ارسال کرده و انتظار فهم آن را از سوی آنها داشته باشیم.
به بیان دیگر ترانسمیتر صنعتی، ابزاری است که برای اندازه‌گیری کمیت‌ها و پارامترهای مختلف نظیر؛ دما، فشار، رطوبت، سطح مایعات، فلو، گازهای محیطی و مواردی ازاین‌دست استفاده می‌گردد و مقادیر اندازه‌گیری شده را به صورت جریان الکتریکی استاندارد در بازه‌های استاندارد (جریانی: 4 تا 20 میلی‌آمپر، ولتاژی: 0 تا 10 ولت و…) روی یک زوج سیم ارسال می‌نماید. [1]
ترانسمیتر می‌تواند از پروتکل‌های ارتباطی صنعتی مختلفی جهت ارتباط با سایر تجهیزات استفاده نماید که از مهم‌ترین آنها می‌توان به؛ HART، BRAIN، DE، Fieldbus و Modbus اشاره نمود
نوعی دیگری از ترانسمیترها، ترانسمیترهای ایزوله هستند که جهت تبدیل انواع سیگنال‌های آنالوگ با دقت و کیفیت عالی به کار می‌روند. اساس کار و ساختمان ترانسمیترهای ایزوله، همانند ترانسمیترهای معمولی بوده و تنها تفاوت آنها در وجود مدارهایی برای ایزوله کردن تغذیه، ورودی‌ها و خروجی‌ها می‌باشد که درنهایت سبب افزایش کیفیت سطح کاری شده است. معمولاً از ترانسمیترهای ایزوله در صنایع حساس استفاده می‌شود.
خروجی به‌دست‌آمده از ترانسمیترها کاملاً کاربردی بوده و امکان استفاده در؛ نمایشگرها، HMI، پی ال سی (SCADA ،(PLC و تمام تجهیزات کنترلی می‌باشد. به دلیل کاربردهای بسیار زیاد Transmitter استفاده از این تجهیز در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، فولاد، سیمان، ریخته‌گری، داروسازی، مهندسی پزشکی و به‌طورکلی هر سیستمی که نیاز به اتوماسیون صنعتی دارد، مورد اقبال قرار گرفته است.
ترانسمیتر ترکیب دو واژه Transfer+Meter بوده که به ترتیب به معنای اندازه‌گیری و انتقال می‌باشد، تلفظ صحیح این کلمه نیز به شکل “تِرَنسمیتِر” (trænsˈmɪt̬.ɚr) می‌باشد.
تفاوت ترانسدیوسر و ترانسمیتر
باتوجه‌به پیشرفت صنعت پاسخ به این سوال کمی دشوار شده است، چرا که در سال‌های دور ترانسدیوسر تنها به صورت ولتاژی تولید و استفاده می‌شد و همین مسئله سبب شده بود تا از آن صرفاً در مسافت‌های کوتاه استفاده کنیم، اما امروزه شاهد ترانسدیوسرهای جریانی نیز هستیم که امکان بهره‌برداری برای مسافت‌های طولانی‌تر را فراهم آورده‌اند.
بااین‌حال می‌توانیم تفاوت عمده این دو تجهیز را در امکان تقویت سازی سیگنال نهایی فرض کنیم، به گونه‌ای که در ترنسمیتر (Transmitter) پس از تبدیل کمیت فیزیکی به الکتریکی استاندارد، آن را تقویت کرده و برای تجهیزاتی که در فاصله دورتر نصب شده‌اند به گونه‌ای مطمئن انتقال می‌دهد، در سمت دیگر ترانسدیوسر (Transducer) صرفاً کمیت فیزیکی اندازه‌گیری شده را به سیگنال الکتریکی استاندارد تبدیل می‌نماید.
از دید مصرف انرژی نیز میزان انرژی و توان مصرفی ترانسمیترها بسیار بیشتر از ترانسدیوسرها می‌باشد.
یک ترانسمیتر (Transmitter) از؛ سنسور، ترانسدیوسر و تقویت‌کننده تشکیل شده است
ساختار ترانسمیتر
باتوجه‌به توضیحات داده شده ترانسمیترها از سه قسمت اصلی “مدار اندازه‌گیر و محاسبه‌گر”، “مبدل (ترنسدیوسر)” و “تقویت‌کننده” تشکیل می‌شوند.
کالیبره کردن ترنسمیتر
ازآنجایی‌که کالیبره کردن تاثیر بسزایی در عملکرد تجهیز دارد به همین دلیل همراه هر ترانسمیتر یک جدول با داده‌های مشخص جهت انجام این کار ارائه می‌شود.
در این جدول به ازای هر ورودی مشخص یک مقدار خروجی تعیین شده است، روند کار به صورت کلی به این شکل می‌باشد که اگر هر بار یک مقدار ورودی که در جدول ذکر شده است را به ترانسمیتر اعمال نماییم از سمت دیگر (خروجی) انتظار دریافت مقدار ذکر شده در جدول را باید داشته باشیم.
درصورتی‌که با اعمال ورودی مشخص به مقدار خروجی ذکر شده دست نیافتیم کافیست از دو اهرم Zero و Span که درواقع دو پیچ تنظیم از نوع پتانسیومتر می‌باشند استفاده نماییم، این عملیات را باید تا آنجایی پیش ببریم که دقیقاً ورودی مشخص شده در جدول، خروجی مشخص شده آن را به همراه داشته باشد.
به صورت کلی دو راه برای کالیبره کردن ترانسمیترهای الکتریکی وجود دارد:
- با استفاده از پتانسیومترهای Zero و Span که روی تجهیز طراحی می‌شوند.
- با اتصال تجهیز به رایانه و کالیبره از طریق نرم‌افزار داخلی تجهیز.
همان گونه که توضیح داده شد بروی اغلب ترانسمیترها دو پیچ تنظیم (پتانسیومتر) با عنوان Zero و Span قرار دارد. Zero وظیفه تنظیم نقطه صفر و Span وظیفه تنظیم زاویه شیب خروجی ترانسمیتر را دارد.[2]
در ادامه به‌عنوان‌مثال نحوه کالیبره تجهیزی با ورودی 0 تا 5 آمپر و خروجی جریان 4 تا 20 میلی‌آمپر شرح داده می‌شود، کالیبره کردن دیگر تجهیزات نیز به همین صورت می‌باشد:
- ابتدا به ورودی دستگاه مقدار صفر آمپر را اعمال می‌نماییم.
- پیچ Zero را آن‌قدر می‌چرخانیم تا خروجی 4 میلی‌آمپر شود.
- در مرحله بعد به ورودی جریان ۵ آمپر را اعمال می‌نماییم و پیچ Span را آن‌قدر می‌چرخانیم تا خروجی برابر 20 میلی‌آمپر گردد.
- مراحل 1 تا 3 را آن‌قدر انجام می‌دهیم تا دیگر نیازی به تنظیم Zero و Span نباشد.
- در مرحله پایانی جریان 2.5 آمپر را اعمال می‌کنیم و باید خروجی برابر ۱۲ میلی‌آمپر باشد. با اتمام این مرحله، تجهیز ما کالیبره و آماده اتصال در مدار می‌باشد.
کاربرد ترانسمیتر
ترانسمیتر نیز همانند ترانسدیوسر که پیش‌تر توضیح دادیم از کاربردهای بسیاری برخوردار است، البته باتوجه‌به ویژگی‌های بهتر ترنسمیتر عمده مهندسین برق در مقام انتخاب بین ترنسدیوسر و ترانسمیتر، گزینه دوم را که اختلاف قیمت آن‌چنانی هم ندارد انتخاب می‌کنند.
انواع ترانسمیتر
باتوجه‌به نیاز صنعت و البته اتوماسیون در شکل‌های مختلف، ترانسمیترهای متنوعی مانند؛ ترانسمیتر فشار، ترانسمیتر دما، ترانسمیتر رطوبت، ترانسمیتر فلو یا جریان سیالات، ترانسمیتر سطح یا ارتفاع مخازن، ترانسمیتر وزن، ترانسمیتر سرعت و … تولید شده‌اند که در ادامه به مهم‌ترین آنها خواهیم پرداخت.
ترانسمیتر فشار
ترنسمیتر فشار (Pressure Transmitter) از جمله تجهیزات پرکاربرد ابزار دقیق جهت کنترل فرآیندهای صنعتی می‌باشد که ابزاری برای سنجش فشار، اندازه‌گیری فشار و در نتیجه گزارش دادن نتیجه اندازه‌گیری فشار گاز یا مایع است که در نهایت فشار را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این ترانسمیترها در مدل‌های با نمایشگر و بدون نمایشگر به بازار عرضه شده‌اند.[3]
این ترانسمیتر برای اندازه‌گیری دقیق فشار از مکانیسم‌های متفاوتی بهره می‌برد که در اکثر مدل‌ها از نوع استرین گیج در المان سنسور ترانسمیتر استفاده می‌گردد.
نکته دیگر دقت کارایی ترانسمیتر فشار بوده که در مدل‌های آزمایشگاهی می‌تواند تا 0.25% و در سایر مدل‌های معمولی تا 0.5% باشد.
ارزان‌ترین مدل ترانسمیتر فشار مدل قلمی آن بوده که به دلیل قیمت مناسب در اکثر مواقع انتخاب می‌گردد
نحوه عملکرد ترانسمیتر فشار
برای درک نحوه عملکرد این ترنسمیتر، می‌توانید آن را به عنوان یک رابطه بین “مشخصه مورد اندازه‌گیری” یا (کمیت فیزیکی) و “خروجی” در نظر بگیرید. در اینجا مشخصه مورد اندازه‌گیری ما فشار است. در بحث ترانسمیترها، از سنسورهای مختلفی مانند دیافراگم فلزی یا دیافراگم پلیمری برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌شود.
بنابراین زمانی که فشار در محیط تغییر می‌کند، حسگر یا سنسور ترانسمیتر فعال می‌شود یا اصطلاحاً تحریک می‌شود. با تحریک حسگر، مبدل ترانسمیتری شروع به تبدیل داده‌ها کرده که معمولاً به صورت جریان الکتریکی خروجی بین 4 تا 20 میلی‌آمپر گزارش می‌شوند. نتیجه این فعل‌وانفعالات رسیدن به یک داده مشخص و قابل‌اندازه‌گیری در حوزه فشار است که می‌توان آن را برای محاسبات مختلف مورداستفاده قرارداد. در حقیقت وظیفه ترانسمیتر فشار را می‌توان به سه بخش اصلی تقسیم‌بندی کرد. این دستگاه در وهله اول باید وجود فشار، اندازه فشار و همچنین تغییرات فشار مورد اندازه‌گیری را تشخیص دهد. در گام دوم باید فشار تشخیص‌داده‌شده تبدیل به خروجی‌های الکتریکی استاندارد به صورت داده‌های کمی و صحیح تبدیل شود و در گام سوم این داده‌های الکتریکی آنالوگ تقویت شده و برای اپراتور که در اتاق کنترل منتظر است ارسال گردد تا از آنها در محاسبات پیچیده صنعتی و مهندسی استفاده نماید.
کاربرد ترانسمیتر فشار
به‌طورکلی، در هر حوزه‌ای که نیاز به اندازه‌گیری و کنترل فشار وجود داشته باشد، پرشر ترانسدیوسر می‌تواند ابزاری پرکاربرد و تعیین‌کننده باشد. به همین دلیل می‌توان از این دستگاه‌ها در حوزه‌های مختلف پالایشگاهی، صنعت نفت و پتروشیمی، صنایع تولید مایعات و نوشیدنی‌های گازدار، دیگ بخار، مخازن تحت‌فشار، سیستم‌های لوله‌کشی صنعتی و پروژه‌های بزرگ تجاری استفاده کرد. البته طبیعی است که مدل‌های مختلف آنها با یکدیگر متفاوت است و این مسئله می‌تواند کاربرد ترانسمیتر فشار را تحت تاثیر قرار دهد.
انتخاب ترانسمیتر فشار مناسب
در انتخاب ترنسمیتر فشار باید فاکتورهای نظیر؛ دقت وسیله، مطلق یا نسبی بودن فشار، محدوده اندازه‌گیری، نوع خروجی، میزان تأثیرپذیری از محیط مدنظر و … مدنظر گرفته شود. به صورت کلی اگر یک ترانسمیتر ویژگی‌های زیر را داشته باشد می‌توان آن را جزء دستگاه‌های خوب قلمداد کرد:
- دقت اندازه‌گیری: بهتر از %0.5±
- جنس متریال بدنه: ترجیحاً Die Cast Al./SS
- استاندارد نفوذ: IP65
- تکرارپذیری: 0.2% F.S
تکرارپذیری یعنی آنکه تجهیز شما مثلاً در پنج آزمایش مختلف (یکی در محیط مرطوب، یکی در محیط گرم، یکی در محیط سرد و ….) مقداری را که اندازه‌گیری می‌کند، حداکثر 0.2% با مقدار واقعی تفاوت داشته باشد.
تذکر: اگر تکرارپذیری دستگاه دچار مشکل شده باشد، دیگر دستگاه قابل کالیبراسیون نبوده و عملاً المنت اندازه‌گیری فشار، دچار آسیب شده و باید دستگاه را تعویض کنیم.
انواع ترانسمیتر فشار
باتوجه‌به کاربردهای متنوع این ترانسمیتر انواع مختلفی از آن نظیر: ترانسمیتر فشار تفاضلی، ترانسمیتر فشار مخصوص محیط‌های انفجاری (پرشر سوئیچ)، ترانسمیتر فشار هوشمند، ترانسمیتر فشار پایین، ترانسمیتر فشار صنعتی، ترانسمیتر فشار قلمی و … ساخته‌شده‌اند.[4]
ترانسمیتر فشار تفاضلی
یکی از رایج‌ترین و مفیدترین دستگاه‌های اندازه‌گیری فشار در صنعت، ترانسمیتر فشار تفاضلی (DP Transmitters) می‌باشد. این دستگاه اختلاف فشار بین دو پورت ورودی را حس کرده و سیگنال نشان‌دهنده‌ی آن اختلاف فشار را نسبت به رنج کالیبره شده، در خروجی خود ظاهر می‌کند. ترانسمیترهای فشار تفاضلی ممکن است بر اساس هر یک از تکنولوژی‌های سنجش فشار ساخته شده و عمل کنند.
کاربردهای ترانسمیتر DP
از ترکیب دو پورت فشار تفاضلی یک ترانسمیتر DP ساخته می‌شود که یک دستگاه اندازه‌گیری فشار تطبیق‌پذیر و چندمنظوره می‌باشد. این دستگاه ممکن است برای اندازه‌گیری اختلاف فشار مثبت (فشار گیج یا نسبی)، فشار منفی (خلأ) و حتی فشار مطلق، تنها با اتصال پورت‌های سنجش High و Low با روش‌های مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرد.
در همه‌ی کاربردهای ترانسمیتر DP به یک سری وسایل نیاز است. برای این منظور تیوب‌های پلاستیکی و فلزی به خوبی کار می‌کنند که معمولاً خطوط ضربه یا خطوط اندازه‌گیر و یا خطوط سنجش نامیده می‌شوند. در واقع این خطوط در حکم سیم‌های رابط استفاده شده برای اتصال یک ولت‌متر به دو نقطه از مدار به منظور اندازه‌گیری ولتاژ می‌باشند. به طور معمول این تیوب‌ها توسط اتصالات فشرده شده‌ای به ترانسمیتر و پروسه متصل می‌شوند، به‌طوری‌که بعداً به‌سادگی می‌توان این اتصال را قطع و یا مجدداً برقرار ساخت.
سنجش گرفتگی مخزن فرایند
می‌توان از ترانسمیتر فشار تفاضلی برای اندازه‌گیری اختلاف فشار واقعی دو طرف یک مخزن فرایند (همچون یک فیلتر، یک مبدل حرارتی، یا یک راکتور شیمیایی) استفاده کرد. توجه داشته باشید که طرف High ترانسمیتر DP به طرف بالادست فیلتر متصل می‌شود، درحالی‌که طرف Low ترانسمیتر به طرف پایین‌دست فیلتر اتصال یافته است. با این روش، افزایش گرفتگی فیلتر باعث افزایش خروجی ترانسمیتر خواهد شد. ازآنجایی‌که دیافراگم سنجش فشار در داخل ترانسمیتر قرار داشته و تنها به اختلاف فشار بین پورت‌های High و Low پاسخ می‌دهد، فشار درون فیلتر و لوله نسبت به اتمسفر کاملاً ایزوله بوده و در نتیجه اتمسفر هیچ تاثیری بر سیگنال خروجی نخواهد داشت. فیلتر ممکن است در فشار خط 10 PSI یا 1000 PSI کار کند، این در حالی است که تنها متغیر اندازه‌گیری شده توسط ترانسمیتر DP، افت فشار روی فیلتر است. اگر طرف بالادست 10 PSI و طرف پایین‌دست 9 PSI باشد، اختلاف فشار یا همان فشار تفاضلی 1 PSI خواهد بود.
پوند بر اینچ مربع یا به عبارت دقیق‌تر نیروی پوند بر اینچ مربع، (با نماد PSIیا lbf/sq in) یکی از یکاهای فشار یا تنش، بر پایهٔ یکاهای آوردپویز است و به فشار حاصل از نیروی یک پوندی بر سطح یک اینچ مربعی گفته می‌شود. هر پوند بر اینچ مربع تقریباً برابر 6894.757 پاسکال است.
اندازه‌گیری فشار گیج مثبت
ممکن است در صورت نیاز، ترانسمیتر DP به عنوان یک دستگاه اندازه‌گیری فشار گیج (فشار نسبی) ساده و برای پاسخ‌دهی به فشارهای بیش از اتمسفر به کار گرفته شود. اگر ما طرف High یک ترانسمیتر DP را با استفاده از ایمپالس (Impluse) تیوب‌ها به یک مخزن فرایند متصل کرده باشیم، درحالی‌که طرف Low ترانسمیتر به اتمسفر Vent (روزن) شده باشد، ترانسمیتر هرگونه فشار مثبت درون مخزن را به عنوان یک اختلاف مثبت بین مخزن و اتمسفر تعبیر می‌کند.
اگرچه ممکن است استفاده از یک ترانسمیتر فشار نسبی ساده با تنها یک پورت، اتلاف و هرز دادن قابلیت‌های ترانسمیتر به نظر برسد. اما همین مورد یکی از کاربردهای بسیار رایج ترانسمیتر DP می‌باشد. اگر در تأسیسات کارخانه کاربردهای فشار تفاضلی وجود داشته و نیاز به ترانسمیتر DP باشد، می‌توان گفت که این استفاده از ترانسمیتر تفاضلی یک کار بیهوده نخواهد بود چرا که با این کار به جای دو ترانسمیتر یدکی تنها به یک ترانسمیتر یدکی برای ذخیره در انبار کارخانه نیاز است.
اندازه‌گیری فشار مطلق
فشار مطلق را تفاوت بین یک فشار معلوم و یک خلأ کامل تعریف می‌کنند. برای ساختن یک دستگاه اندازه‌گیری فشار مطلق می‌توان یک دستگاه اندازه‌گیری DP را در نظر گرفت که طرف Low المان سنجش آن به یک محفظه‌ی خلأ متصل و مهروموم شده است. با این روش، هر فشار بزرگ‌تر از یک خلأ کامل، به عنوان یک تفاضل مثبت ثبت می‌شود.
اکثر ترانسمیترهای فشار مطلق همچون ترانسمیترهای فشار گیج با ترانسمیترهای DP سازگاری کامل دارند. در هر دو نوع این ترانسمیترها تنها یک پورت برای اتصال به ایمپالس لاین در دسترس است. هرچند، برخلاف ترانسمیترهای فشار گیج، ترانسمیترهای فشار مطلق بر روی طرف Low خود هیچ‌گونه سوراخ Ventای ندارند. به منظور اندازه‌گیری دقیق فشار سیال، طرف High در شرایط مطلق قرار گرفته و طرف Low یک ترانسمیتر فشار مطلق باید به یک خلأ مهمر و موم شده متصل باشد.
اندازه‌گیری خلأ
در اینجا همان اصول اتصال یک پورت از یک تجهیز DP به یک فرایند و Vent کردن پورت دیگر به عنوان یک تجهیز اندازه‌گیری خلأ (فشار زیر اتمسفر) کار می‌کند. همه‌ی کاری که باید انجام دهیم اتصال طرف Low به فرایند خلأ و Vent کردن طرف High به اتمسفر می‌باشد.
در این روش، هرگاه فشار مخزن فرایند کمتر از فشار اتمسفر شود، توسط ترانسمیتر فشار تفاضلی به عنوان یک تفاضل مثبت ثبت می‌شود. به‌این‌ترتیب خلأ قوی‌تر در مخزن فرایند، سیگنال بزرگ‌تری را در خروجی ترانسمیتر ظاهر می‌کند.
در قدیم و با استفاده از ترانسمیترهای الکترونیکی و پنوماتیکی آنالوگی که چندین سال پیش طراحی شده بودند الزاماً از همین روش بهره‌گیری می‌شد و تا مدت‌ها تنها روش برای به‌دست‌آوردن یک سیگنال افزایشی از تجهیز DP و اطمینان از افزایش یافتن فشار پورت High نسبت به فشار پورت Low بوده است.
ترانسمیتر سطح
از Level transmitter برای مانیتورینگ یا انتقال اطلاعات ارتفاع مواد موجود در مخازن باتوجه‌به وضعیت مخزن و بسته به شرایط خاص مخزن اعم از تحت‌فشار بودن و دمای کاری آن و یا وجود بخارات موجود و یا نوع ماده که می‌تواند مایع یا مواد پودری و دانه‌ای باشد استفاده می‌شود.
متداول‌ترین روش برای انتقال اطلاعات سطح مخزن مخصوصاً در مخازن تحت‌فشار استفاده از ترانسمیتر اختلاف فشار می‌باشد
به بیان ساده‌تر، یک لول ترانسمیتر ابزار دقیقی است که یک خروجی الکتریکی متناسب با اندازه‌گیری سطح ثابت را فراهم می‌کند. ترانسـمیترهای سـطح برای تعیین سـطح مواد جامد (آرد، برنج و …) یا مایع خاص در هر زمان معینی استفاده می‌شوند. ترانسمیترهای سطح با لول سوئیچ یا سوئیچ‌های سطح که تنها در صورت رسیدن سطح مواد به یک سطح از پیش تعیین شده، آلارم هشدار می‌دهند متفاوت هستند.
ترنسـمیترهای سـطح ممکن است پس از رسـیدن به یک مقـدار مشـخص (سـطح نقطه) یا به طور مکرر بعـد از هر اندازه‌گیری (سـطح مداوم) خروجی را فراهم کنند (عملکرد آنها پیوسته می باشد). ترنسمیترهای سطح می توانند سیال‌هایی مانند؛ آب، سوخت و مایعات چسبناک یا مواد خشک مانند پودرها و مواد جامد را اندازه‌گیری کنند.
باتوجه‌به موارد گفته شده کاربر هنگام انتخاب دستگاه باید، محدوده اندازه‌گیری ترنسمیتر سطح و سازگاری خروجی را در نظر بگیرد.
انواع ترانسمیترهای سطح
شش نوع ترانسـمیتر سـطح وجود دارد. هر یک از این ترانسـمیترها به روش‌های مختلفی کار می‌کننـد و آنها را برای تعدادی از انواع مختلف پردازش مفید می‌سازند. این ترانسمیترها عبارت‌اند از؛ ترانسمیترهای سطح رادار، ترانسمیترهای سطح رادار هدایت شده، ترانسمیتر سطح اولتراسونیک، ترنسمیتر سطح مایکروویو هدایت شده، ترانسمیترهای سطح مغناطیسی، ترانسمیتر سطح خازنی و ترانسمیتر سطح هیدرواستاتیک.
ترانسمیترهای سطح رادار
Radar Level Transmitters از انتشـار امواج رادیویی با فرکانس بالا که توسط آنتن ساطع می‌شونـد، مانند رادارها اسـتفاده می‌کنند. معمولاً این دسـتگاه‌ها در قسـمت بالا یا در نزدیکی بالای مخزن پر از مایع یا جامـد نصب می‌شونـد. ترانسـمیتر سـیگنال، راداری را درون مایع موجود در مخزن ارسال می‌کند و بازتاب آن سـیگنال را دریافت می‌کند. در پایان ترانسـمیتر سطح پرشدن مخزن را بر اساس مدت‌زمان بازگشت سیگنال منتقل شده – که به طور مستقیم متناسب با مسافت طی شده است – به طور دقیق محاسبه می‌کند.
مزایای فرستنده‌های سطح رادار
- بسیار دقیق: ±5 میلی‌متر (2.0 اینچ) نصب در بالا (غیر تماسی).
- داشتن دقت مستقل از ثابت دی‌الکتریک، چگالی و هدایت.
- در هنگام تغییر مایعات نیازی به تنظیم مجدد و کالیبراسیون نیست.
ترانسمیترهای سطح رادار هدایت شده
Guided Radar Level Transmitters با پالس‌های راداری با فرکانس بالا که در طول پروب هدایت می‌شوند کار می‌کنند. در اثر برخورد پالس‌ها بر سطح سـیال، امپدانس مشـخصه تغییر می‌کند و بخشی از پالس ساطع شده منعکس می‌شود. زمان بین راه‌اندازی و دریافت پالس توسط ابزار اندازه‌گیری تجزیه‌وتحلیل می‌شود. ترانسمیترهای سطح رادار هدایت شده درواقع اندازه‌گیری مستقیم برای فاصله بین اتصال فرایند و سطح محصول است.
مزایای ترنسمیترهای سطح رادار هدایت شده
- بسیار دقیق: ±20 میلی‌متر (4.0 اینچ) با تعدادی فوم کار می‌کند و نصب آنها نیز در بالا (غیر تماسی) می‌باشد.
- داشتن قت مستقل از ثابت دی‌الکتریک، چگالی و هدایت تنظیم مجدد نیاز نیست.
ترانسمیتر سطح اولتراسونیک
Ultrasonic Level Transmitter بـه روشـی شـبیه به ترانسـمیترهای سـطح رادار بـدون تمـاسی عمـل می‌کنـد. بـا اسـتفاده از این ترانسـمیتر، یک ترانسدیوسـر اولتراسونیک که در قسـمت بالای مخزن نصب شـده یا در نزدیکی آن قرار دارد، پالس اولتراسونیک را ارسال می‌کنـد. هنگامی‌که پالس به سطح مایع برخورد می‌کند، بازتاب می‌یابد و سـنسور سـطح پرشدن را بر اساس زمان بین پالس و سـیگنال بازگشت در قسـمت خالی مخزن محاسبه می‌کند. این مقدار از ارتفاع کلی مخزن برای به‌دست‌آوردن سطح کسر می‌شود.
مزایای فرستنده‌های سطح اولتراسونیک
- نصب در بالا (غیر تماسی).
- دقت مستقل از تغییرات چگالی، دی‌الکتریک یا هدایت بدون نیاز به کالیبراسیون با سیال.
ترانسمیتر سطح مایکروویو هدایت شده
Guided Microwave Level Transmitter یا پالس الکترومغناطیسی، از طریق میله/کابل حسگر کار می‌کند. هنگامی‌که سـیگنال به سطح مایع برخورد می‌کند، به بالای میله حسگر برگشته و به قسمت داخلی ترانسمیتر بازمی‌گردد. وسایل الکترونیکی که در محفظه ترانسـمیتر مجتمع شده‌اند، سـطح پرشدن را از زمان صـرف شده برای عبور سیگنال از پایین میله سنسور و برگشت دوباره به بالا تعیین می‌کنند. سپس مقدار در نمایشگر ترانسمیتر نشان داده می‌شود.
این نوع ترانسمیتر سطح برای مایعات مناسب است و در کاربردهای صنعتی در تمامی زمینه‌های فناوری فرایند مورداستفاده قرار می‌گیرد.
ترانسمیترهای سطح مغناطیسی
Magnetic Level Transmitters از اشیا مغناطیسی کوچک و معلق شناور استفاده می‌کند. به طور معمول به منظور محدودکردن حرکات جانبی این مواد شـناور، یک ستون کمکی باریک در مخزن قرار داده می‌شود تا زین پس اندازه‌گیری مغناطیسی باتوجه‌به مواد شناور درون این ستون صورت پذیرد. به زبان ساده‌تر درحالی‌که ذرات شـناور روی سـطح بالای مایع قرار گرفته‌اند، دسـتگاه مغناطیسـی تفاوت میزان حرکت ذرات شـناور را اندازه‌گیری می‌کند که اجازه می‌دهد تا اندازه لول پر شده، دقیق و مداوم منتقل شود. این روش به دلیل تمایل شناور برای بالا آمدن یا غرق شدن در هماهنگی با سطح مایع، برای اندازه‌گیری مداوم مفید است.
ترانسمیتر سطح خازنی
Capacitance Level Transmitters نام خود را از خازن‌ها گرفته است. به‌عبارت‌دیگر، یک عنصر مدار الکتریکی‌ای است که به طور موقت انرژی را برای استفاده در یک مدار ذخیره می‌کنـد. خـازن‌ها انرژی را بین دو الکترود عایق ذخیره می‌کننـد. یک ماده غیر رسانا بین دو الکترود قرار می‌گیرد تا به ذخیره بار الکتریکی کمک نماید. هرچه دی‌الکتریک بیشتر باشد، انرژی بیشتری نیز می‌تواند ذخیره شود؛ بنابراین ترانسمیترهای سطح خازنی از مواد پر شده در یک مخزن به عنوان یک رسانه دی‌الکتریک بین دو یا چند الکترود استفاده می‌کنند.
اصل اندازه‌گیری سـطح خازنی به دلیل تغییر سطح خازن ناشی از تغییر سطح تشکیل شده توسط پروب و دیواره مخزن است. هنگامی‌که پروب در هوا باشـد، یـک ظرفیت خازنی کم اندازه‌گیری می‌شود. با پرشدن مخزن، خاصـیت خازنی بیشتر می‌شود (یک پروب خازنی ممکن است با یک کنـدانسور برقی مقایسه شود) با پرشدن مخزن، ظرفیت پروب افزایش می‌یابد. درنهایت این تغییر به صورت الکتریکی تجزیه‌وتحلیل می‌گردد.
ترانسمیتر سطح هیدرواستاتیک
Hydrostatic Level Transmitter که به عنوان ترانسمیترهای سطح فشار نیز شناخته می‌شوند، اساساً با اندازه‌گیری فشار در حال آرامش مایعات درون آن، محتوای مایعـات یـک مخزن را تعیین می‌کننـد. نیروی مـایع هر چه بیشتر باشـد، حجم مایعات داخل ظرف بیشتر است. این ترانسـمیتر یکی از رایج‌ترین انواع دستگاه‌های تشـخیص سـطح است. برای اطمینان از اندازه‌گیری دقیق، چگالی مایع باید ثابت باشد. با افزایش وزن مایع، فشار در هر اینچ مکعب اعمال شده بر ترانسمیتر نیز افزایش می‌یابد.
ترانسمیتر دما
Temprature Transmitter می‌تواند در چندین مدل ساده و قابل کالیبره ارائه شود. این ترانسمیترها قابلیت همگام شدن با انواع سنسور دما نظیر؛ انواع ترموکوپل و RTD (ترمورزیستنس یا PT100) را دارند.
ترانسمیتر لودسل
Load Cell Transmitter برای ارسال مقادیر اندازه‌گیری شده توسط لودسل به یک سیگنال استاندارد که معمولاً ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر است مورداستفاده قرار می‌گیرد. ترانسمیترهای لودسل معمولاً در مدل‌های ریلی و برای نصب در تابلو مورداستفاده قرار می‌گیرند و بسته به مدل‌های پیشرفته‌تر با خروجی مدباس و یا یکی از پروتکل‌های متعارف ارائه می‌گردند.
برای انتخاب ترانسمیتر لودسل بایستی به موارد زیر توجه کرد
- محدوده اندازه‌گیری ترانسمیتر لودسل
- نوع خروجی ترانسمیتر
- دقت اندازه‌گیری ترانسمیتر لودسل
- نحوه نصب
- در صورت لزوم پروتکل ارتباطی با شبکه
ترانسمیتر رطوبت
Humidity Transmitter برای ارسال اطلاعات مربوط به رطوبت و نقطه شبنم به اتاق کنترل، PLC یا جهت رکوردگیری و کنترل مورداستفاده می‌گیرد. خروجی ترانسمیتر رطوبت بسته به انتخاب می‌تواند خروجی میلی‌آمپر و یا ولتاژ باشد و باتوجه‌به نیاز و مورد اندازه‌گیری رنج 0 تا 100 درصد را در برمی‌گیرد. همچنین باتوجه‌به حساسیت اندازه‌گیری رطوبت، دقت دستگاه می‌تواند متفاوت باشد. باتوجه‌به این در اندازه‌گیری رطوبت به اندازه‌گیری دما نیاز می‌باشد. در انتخاب ترانسمیترهای رطوبت به موارد زیر باید توجه نمود:
- رنج اندازه‌گیری ترانسمیتر رطوبت
- دقت ترانسمیتر رطوبت
- نوع خروجی ترانسمیتر رطوبت
- امکان ارتباط با ترانسمیتر رطوبت با کامپیوتر یا شبکه صنعتی
- نحوه نصب ابزار ترانسمیتر رطوبت
- تغذیه ابزار ترانسمیتر رطوبت
منابع
-
. Areej, “What are the different kinds of transmitters?“, Automation Forum, 16 May 2018 ↑
-
. Sheri Sedgwick, “Keep Your Pressure Transducer In Spec With Zero And Span Adjustments“, Automation Products Group, 27 Sep 2013 ↑
-
. Ted Mortenson, “Explained | Working Principle“, RealPars, 13 Jul 2020 ↑
-
. Swapan Basu and Ajay Kumar Debnath, “Power Plant Instrumentation and Control Handbook”, 2nd ed, Academic Press, 2019 ↑
خوشحال خواهیم شد اگر شما نکته و یا تجربه‌ای در مورد ترانسمیتر داشته‌اید با ما در بخش نظرات در میان بگذارید
راستی! برای دريافت مطالب جديد در پیج اینستاگرم PowreEn عضو شويد.
سلام و درود بر شما عالی و حرفه ای. ممنونم مهندس سیاه تیری عزیز
سلام
سلامت باشید