ترانسمیتر دما چیست؟ ( انواع + کاربرد + نحوه عملکرد )

در دنیای صنعت و فرآیندهای پیچیده، کنترل دقیق دما نقشی حیاتی در کیفیت محصولات، ایمنی فرآیندها و بهینه‌سازی مصرف انرژی ایفا می‌کند. در این میان ترانسمیترهای دما به عنوان ابزاری قدرتمند، وظیفه سنجش دقیق دما و تبدیل آن به سیگنال‌های استاندارد الکتریکی را بر عهده دارند. این سیگنال‌ها سپس به سیستم‌های کنترلی مانند PLC و DCS ارسال شده و امکان پایش و کنترل دما را به صورت لحظه‌ای فراهم می‌سازند.

مقاله حاضر به بررسی جامع اینکه ترانسمیتر دما چیست که شامل انواع مختلف، نحوه عملکرد، کاربردها و مزایای استفاده از آن‌ می شود، می‌پردازد تا درک کاملی از این تجهیزات مهم در صنایع مختلف ارائه دهد.

ترانسمیتر دما چیست؟

ترانسمیتر دما ابزاری حیاتی در سیستم‌های کنترل صنعتی است که وظیفه اندازه‌گیری دقیق دما و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی استاندارد را بر عهده دارد. این دستگاه با استفاده از سنسورهای مختلف نظیر ترموکوپل‌ها و RTDها، دمای محیط یا فرآیند را سنجیده و سیگنال حاصل را به فرمتی قابل فهم برای سیستم‌های کنترلی مانند PLC و DCS تبدیل می‌کند. این تبدیل سیگنال امکان پایش و کنترل دقیق دما را در فرآیندهای صنعتی فراهم می‌آورد.

به طور دقیق‌تر ترانسمیتر دما سیگنال الکتریکی ضعیف تولید شده توسط سنسور دما مانند ترموکوپل، RTD یا ترمیستور را تقویت و به سیگنال استاندارد (معمولاً ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا ۰-۱۰ ولت) تبدیل می‌کند. این سیگنال استاندارد به راحتی توسط دستگاه‌های اندازه‌گیری و کنترلی گوناگون از جمله PLC، DCS، کامپیوتر، کنترلر حلقه، دیتالاگر، نمایشگر و رکوردر قابل خواندن و تفسیر است. سنسور دما به عنوان اصلی‌ترین بخش ترانسمیتر، وظیفه اندازه‌گیری دما را بر عهده دارد و می‌تواند از نوع مقاومتی (RTD) یا ترموکوپلی باشد.

انواع ترانسمیتر دما

در ادامه به بررسی دسته‌بندی‌های مختلف انواع ترانسمیتر دما می‌پردازیم:

دسته‌بندی بر اساس نحوه نصب: ترانسمیترهای دما بر اساس شیوه نصب به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• ترانسمیتر دما هد مونت (Head Mount): این نوع ترانسمیترها به صورت یک قطعه کوچک درون محفظه (هوزینگ) سنسور دما نصب می‌شوند. وظیفه آن‌ها تبدیل سیگنال دریافتی از سنسور به سیگنال استاندارد جریانی 4 تا 20 میلی‌آمپر به صورت محلی است. این امر باعث کاهش اثر نویز و افزایش دقت اندازه‌گیری می‌شود.
• ترانسمیتر دما ریل مونت (Rail Mount): این ترانسمیترها به شکل کارت طراحی شده و بر روی ریل‌های استاندارد DIN در داخل تابلوهای برق و کنترل نصب می‌شوند. این روش نصب، سازماندهی و دسترسی آسان به ترانسمیترها را فراهم می‌کند.
• ترانسمیتر دما فیلد مونت (Field Mount): این نوع ترانسمیترها به صورت یک واحد یکپارچه شامل سنسور اندازه‌گیری دما، ترانسمیتر و نمایشگر طراحی شده‌اند. این واحدها مستقیماً بر روی خطوط لوله یا مخازن نصب می‌شوند و امکان مشاهده و اندازه‌گیری دما در محل را فراهم می‌کنند.

دسته‌بندی بر اساس تعداد سیم: ترانسمیترها بر اساس تعداد سیم‌های مورد استفاده برای تغذیه و ارسال سیگنال خروجی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• ترانسمیترهای دو سیمه (2-Wire): این نوع ترانسمیترها از یک جفت سیم برای تأمین برق و ارسال سیگنال خروجی استفاده می‌کنند. این طراحی ساده، هزینه سیم‌کشی را کاهش می‌دهد.
• ترانسمیترهای چهار سیمه (4-Wire): در این نوع ترانسمیترها، دو جفت سیم مجزا برای تغذیه ترانسمیتر و ارسال سیگنال خروجی در نظر گرفته شده است. این جداسازی، پایداری و دقت سیگنال را بهبود می‌بخشد.

دسته‌بندی بر اساس نحوه تأمین جریان (تغذیه): ترانسمیترهای دما بر اساس نحوه تأمین جریان به دو نوع اکتیو و پسیو تقسیم می‌شوند:

• ترانسمیتر اکتیو (Active): این نوع ترانسمیتر برای عملکرد صحیح به یک منبع تغذیه جداگانه نیاز دارد و سیم‌کشی آن می‌تواند به صورت دو سیمه یا تک سیمه باشد. خروجی این ترانسمیترها معمولاً به صورت جریان 4 تا 20 میلی‌آمپر است.
• ترانسمیتر پسیو (Passive): ترانسمیترهای پسیو یا غیرفعال نیازی به منبع تغذیه جداگانه و سیم‌کشی اضافی ندارند. این ترانسمیترها ولتاژ تغذیه خود را از خطوط جریان خروجی دستگاه‌های جانبی مانند RTU یا PLC دریافت می‌کنند و خروجی آن‌ها نیز جریانی با محدوده 4 تا 20 میلی‌آمپر است. این نوع ترانسمیتر به دلیل سادگی و کاهش هزینه‌های سیم‌کشی، کاربرد گسترده‌ای در صنعت دارد.

ویژگی ها و مزایای ترانسمیتر دما

مزایای استفاده از ترانسمیتر دما در سیستم‌های صنعتی و فرآیندهای اندازه‌گیری دما به شرح زیر است:

• افزایش دقت اندازه‌گیری: ترانسمیترهای دما با تقویت سیگنال الکتریکی دریافتی از سنسورهای دما (مانند ترموکوپل‌ها و RTDها)، دقت اندازه‌گیری را به طور چشمگیری افزایش می‌دهند. این تقویت سیگنال، تأثیر عوامل محیطی و مقاومت سیم‌های انتقال را کاهش داده و اندازه‌گیری دقیق‌تری را فراهم می‌سازد.
• کاهش نویز و اختلالات: ترانسمیترها با استفاده از مدارهای فیلترینگ پیشرفته، نویزها و اختلالات الکتریکی موجود در سیگنال را حذف یا به حداقل می‌رسانند. این امر منجر به دریافت سیگنالی پاک و قابل اعتماد شده و از بروز خطاهای ناشی از نویز در سیستم‌های کنترلی جلوگیری می‌کند.
• افزایش مسافت انتقال سیگنال: ترانسمیترها با تبدیل سیگنال خروجی سنسور به سیگنال‌های استاندارد صنعتی مانند ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا ولتاژ، امکان انتقال سیگنال دما را در مسافت‌های طولانی‌تر بدون افت کیفیت و دقت فراهم می‌کنند. این ویژگی به ویژه در صنایع بزرگ با پراکندگی تجهیزات بسیار حائز اهمیت است.
• ساده‌سازی فرآیند اندازه‌گیری و یکپارچه‌سازی: ترانسمیترها با تبدیل سیگنال‌های پیچیده و غیراستاندارد سنسورها به سیگنال‌های استاندارد، فرآیند اندازه‌گیری و یکپارچه‌سازی با سیستم‌های کنترلی و مانیتورینگ را بسیار ساده‌تر می‌کنند. این امر باعث کاهش هزینه‌های سیم‌کشی، نصب و نگهداری سیستم می‌شود.

به طور خلاصه استفاده از ترانسمیترهای دما باعث افزایش دقت، کاهش نویز، افزایش مسافت انتقال و ساده‌سازی فرآیند اندازه‌گیری دما در صنایع مختلف می‌شود.

نحوه عملکرد ترانسمیتر دما

ترانسمیترهای دما به عنوان واسطی حیاتی بین سنسورهای دما و سیستم‌های کنترلی عمل می‌کنند. این تجهیزات، سیگنال‌های آنالوگ حاصل از سنسورهایی نظیر ترموکوپل‌ها، RTDها و ترمیستورها را دریافت کرده و پس از انجام عملیاتی نظیر ایزولاسیون، تقویت، حذف نویز، خطی‌سازی و تبدیل، آن‌ها را به سیگنال‌های استاندارد خروجی تبدیل می‌کنند.

این سیگنال‌های استاندارد که معمولاً در بازه ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر یا ۰ تا ۱۰ ولت DC هستند، به دستگاه‌های کنترلی مانند PLC، DCS، کامپیوترها، کنترلرهای حلقه، دیتا لاگرها، نمایشگرها و رکوردرها ارسال می‌شوند. برای مثال در یک سیگنال ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپری، ۴ میلی‌آمپر می‌تواند معادل صفر درجه سلسیوس و ۲۰ میلی‌آمپر معادل ۱۰۰ درجه سلسیوس باشد. این فرآیند تبدیل امکان انتقال دقیق و بدون نویز اطلاعات دما را به سیستم‌های کنترلی فراهم می‌آورد.

هدف اصلی ترانسمیترهای دما، تبدیل خوانش‌های حرارتی آنالوگ به سیگنال‌های دیجیتال عددی با حداقل نویز و تداخل است تا امکان پایش دقیق دما فراهم شود. این سیستم‌ها به تحلیلگران کمک می‌کنند تا شرایط حرارتی فرآیندها یا سیستم‌های مختلف را به صورت بلادرنگ (Real-Time) و با واحدهای سلسیوس یا فارنهایت مشاهده و تحلیل کنند. ترانسمیترها می‌توانند به صورت مستقل یا به صورت یکپارچه در هد کانکشن تجهیزات نصب شوند.

حالت دوم با کاهش نیاز به سیم‌کشی و فضای نصب، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی ناشی از گازها، بخارات و دماهای بالا ارائه می‌دهد. انتخاب نوع ترانسمیتر و نحوه نصب آن، بستگی به الزامات و کاربرد خاص دارد. در هر دو حالت، ترانسمیترها می‌توانند سیگنال‌ها را به صورت دیجیتال فوری آماده کرده و برای پردازش‌های بعدی به سایر بخش‌های سیستم ارسال کنند. لازم به ذکر است که در برخی موارد، سنسورهای RTD و ترموکوپل می‌توانند مستقیماً به دستگاه گیرنده متصل شوند، اما استفاده از ترانسمیترها در بسیاری از کاربردها به دلیل مزایای ذکر شده، ارجحیت دارد.

راهنما و نکات خرید ترانسمیتر دما

همانطور که گفتیم ترانسمیتر دما وسیله‌ای است که سیگنال خروجی یک سنسور دما (مانند ترموکوپل، RTD یا ترمیستور) را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد (مانند 4-20 میلی‌آمپر یا 0-10 ولت) تبدیل می‌کند. این سیگنال استاندارد می‌تواند به راحتی توسط سیستم‌های کنترلی، PLCها، نمایشگرها و سایر تجهیزات صنعتی خوانده و پردازش شود. انتخاب صحیح ترانسمیتر دما برای اطمینان از دقت، پایداری و عملکرد صحیح سیستم اندازه‌گیری و کنترل دما بسیار مهم است. در ادامه مطلب بررسی می کنیم که نکات خرید ترانسمیتر دما چیست.

1. نوع سنسور: اولین قدم در انتخاب ترانسمیتر دما، تعیین نوع سنسور مورد نیاز است. از سه نوع سنسور ترموکوپل، ترمیستور و RTD برای این منظور استفاده می شود.
2. محدوده دمایی: محدوده دمایی ترانسمیتر باید با محدوده دمایی فرآیند شما سازگار باشد. انتخاب ترانسمیتری با محدوده دمایی بسیار وسیع‌تر از نیاز، نه تنها هزینه اضافی دارد، بلکه ممکن است دقت اندازه‌گیری را نیز کاهش دهد.
3. سیگنال خروجی: ترانسمیترهای دما معمولاً دارای خروجی‌های استاندارد صنعتی مانند ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا ولتاژ هستند. انتخاب نوع خروجی بستگی به سیستم کنترل شما دارد. خروجی ۴-۲۰ میلی‌آمپر به دلیل مقاومت بالا در برابر نویز، در محیط‌های صنعتی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
4. دقت و پایداری: دقت اندازه‌گیری و پایداری ترانسمیتر در طول زمان از عوامل مهم در انتخاب آن هستند.
5. شرایط محیطی: شرایط محیطی نصب ترانسمیتر، مانند دما، رطوبت، گرد و غبار و وجود مواد شیمیایی، باید در انتخاب آن مد نظر قرار گیرد. ترانسمیترهای صنعتی معمولاً دارای استانداردهای حفاظتی IP هستند که میزان مقاومت آن‌ها در برابر این عوامل را مشخص می‌کند.
6. نحوه نصب: نحوه نصب ترانسمیتر نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. ترانسمیترها می‌توانند به صورت مستقیم روی فرآیند، روی دیوار یا داخل تابلو نصب شوند. انتخاب نحوه نصب بستگی به شرایط فرآیند و دسترسی به آن دارد.
7.  دقت و پایداری: دقت و پایداری ترانسمیتر، دو عامل مهم در تضمین صحت اندازه‌گیری هستند. دقت میزان انحراف اندازه‌گیری از مقدار واقعی را نشان می‌دهد، در حالی که پایداری، توانایی ترانسمیتر در حفظ دقت خود در طول زمان است.
8.  برند و کیفیت ساخت: انتخاب برند معتبر و با کیفیت، تضمینی برای عملکرد صحیح و طول عمر بالای ترانسمیتر است. ترانسمیترهای بی‌کیفیت ممکن است دقت پایینی داشته باشند، در برابر شرایط محیطی مقاوم نباشند و نیاز به تعمیر و تعویض زودهنگام داشته باشند.
9. کالیبراسیون: کالیبراسیون دوره‌ای ترانسمیتر، برای اطمینان از صحت اندازه‌گیری آن ضروری است. هنگام خرید، از قابلیت کالیبراسیون آسان ترانسمیتر اطمینان حاصل کنید.

با در نظر گرفتن این نکات، می‌توانید ترانسمیتر دمای مناسب و با کیفیتی را برای نیازهای خود انتخاب کنید و از دقت و پایداری اندازه‌گیری در فرآیندهای خود اطمینان حاصل کنید.