فرستنده دما یک ابزار الکترونیکی است که به طور گسترده در زمینه کنترل فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. عملکرد اصلی آن تبدیل سیگنالهای ضعیف شناساییشده توسط سنسورهای دما (مانند ترموکوپلها، مقاومتهای حرارتی RTDS یا ترمیستورها) به سیگنالهای فرآیند صنعتی استاندارد (متداولترین آنها سیگنالهای جریان DC 4-20 میلی آمپر یا سیگنالهای دیجیتال است)، و سپس این سیگنال را برای نمایش ابزارها، کنترلکنندهها، کنترلکنندهها، اکتساب دادهها در یک سیستم یا اتاق کنترل واقع شده ارسال میکند.
اصل کار یک فرستنده دما را می توان در مراحل کلیدی زیر خلاصه کرد:
درک دما و تولید سیگنال خام:
یک سنسور دما (معمولاً یک ترموکوپل یا مقاومت حرارتی مانند Pt100) در تماس مستقیم با محیط مورد اندازه گیری قرار می گیرد تا تغییرات دمایی آن را حس کند.
ترموکوپل (T/C): بر اساس اثر Seebeck، زمانی که اختلاف دما بین دو فلز مختلف در انتهای اندازهگیری (انتهای داغ) و انتهای مرجع (انتهای سرد) وجود دارد، یک پتانسیل ترموالکتریک (میلی ولت-سیگنال سطح ولتاژ، mV) متناسب با اختلاف دما در مدار تولید میشود.
مقاومت حرارتی (RTD): مانند Pt100، بر اساس این ویژگی فیزیکی که مقدار مقاومت هادی فلزی با افزایش دما افزایش مییابد (ضریب دمایی مثبت). تغییرات دما باعث تغییر مقدار مقاومت آن می شود (مثلاً 100Ω در 0 درجه است).
ترمیستورها: بر اساس مشخصه ای که مقدار مقاومت مواد نیمه هادی با دما تغییر می کند، به دو نوع ضریب دمایی منفی (NTC) و ضریب دمایی مثبت (PTC) طبقه بندی می شوند.
شرطی سازی سیگنال (مرحله کلیدی):
تقویت: سیگنال اصلی تولید شده توسط سنسور (MV-تغییر سطح ولتاژ یا مقاومت) بسیار ضعیف است. مدار الکترونیکی داخل فرستنده ابتدا به صورت خطی آن را تا سطح استاندارد مناسب برای پردازش بعدی تقویت می کند.
جبران پایان سرد (برای ترموکوپل): پتانسیل ترموالکتریک تولید شده توسط ترموکوپل تابعی از اختلاف دما بین انتهای گرم و انتهای سرد است (انتهای مرجع، معمولاً در ترمینال داخلی فرستنده قرار دارد). برای بدست آوردن دمای اندازه گیری شده دقیق (نسبت به 0 درجه)، فرستنده باید دمای واقعی را در ترمینال خود (دمای انتهای سرد) اندازه گیری کند، پتانسیل ترموالکتریکی را که باید بر اساس این دما جبران شود، محاسبه کرده و آن را بر روی سیگنال اصلی قرار دهد (یا فرآیند معادل) و در نتیجه خطای ناشی از تغییر دمای انتهای سرد را حذف کند.
خطی سازی: رابطه پتانسیل/مقاومت ترموالکتریک{0}}درجه حرارت بین ترموکوپل ها و مقاومت های حرارتی یک خط مستقیم کامل نیست اما درجه خاصی از غیرخطی بودن دارد. فرستنده معمولاً منحنی خطی سازی مربوط به نوع سنسور را در داخل ذخیره می کند (یا با استفاده از یک فرمول آن را محاسبه می کند). سیگنال تقویت شده / جبران شده برای نمایش مستقیم و خطی مقدار دمای اندازه گیری شده خطی می شود.
فیلتر پایین-گذر: نویزهای فرکانس{{1} بالا را که ممکن است در سیگنال وجود داشته باشد (مانند تداخل الکترومغناطیسی، تداخل ارتعاشی و غیره) حذف میکند تا پایداری و دقت سیگنال را افزایش دهد.
تبدیل سیگنال
سیگنال آنالوگ (ولتاژ) را که شرطی شده است (تقویت، جبران، خطی شده، فیلتر شده) و دقیقاً نشان دهنده دمای اندازه گیری شده به سیگنال خروجی استاندارد صنعتی است.
رایج ترین سیگنال خروجی مورد استفاده، سیگنال جریان 4{3}}20 میلی آمپر است: سیگنال جریان تبدیل شده از طریق حلقه جریان می یابد. دمای صفر یا حد پایین محدوده معمولاً با 4 میلی آمپر و دمای مقیاس کامل مربوط به 20 میلی آمپر است. چرا 4-20 میلی آمپر؟
افست صفر 4 میلی آمپر: می تواند به راحتی سیگنال های کم واقعا موثر (4 میلی آمپر) را از خطاهای خط قطع سنسور (0 میلی آمپر) تشخیص دهد.
ضد تداخل قوی: در مقایسه با سیگنالهای ولتاژ، سیگنالهای جریان نسبت به تغییرات مقاومت سیم و افت ولتاژ در طول انتقال از مسافت طولانی حساس نیستند و کمتر با نویز الکترومغناطیسی تداخل پیدا میکنند.
منبع تغذیه دو سیم{{0}: بسیاری از فرستندهها از طراحی دو سیم- استفاده میکنند، به این معنا که برق را تأمین میکنند و سیگنالهای جریان را به طور همزمان از طریق دو سیم انتقال میدهند. حداقل مقدار 4 میلی آمپر حداقل نیاز جریان عملیاتی خود فرستنده را تضمین می کند (که معمولاً به آن "نقطه صفر فعال" می گویند).
انتقال سیگنال
سیگنال استاندارد تبدیل شده (مانند 4-20 میلی آمپر) از طریق سیم به انتهای راه دور منتقل می شود. اتاق های کنترل یا PLCS و سایر تجهیزات با توجه به ویژگی های استاندارد آن می توانند مستقیماً این سیگنال را برای موارد زیر دریافت و پردازش کنند:
نمایش مقدار دما (روی میز پانل، ایستگاه اپراتور DCS/SCADA).
ورودی به کنترل کننده (مانند کنترل کننده PID) برای عملیات منطقی و تنظیم.
در پایگاه داده تاریخی ذخیره شده یا برای قضاوت هشدار استفاده می شود.
محرک را به حرکت درآورید (اگر کنترل بر اساس دما{0}} مورد نیاز باشد).
