چند نکته مهم در مورد استفاده از ترانسدیوسرها (خروجی و سیم بندی)

نصب ترانسدیوسرهای فشار و استفاده از آن‌ها

چند نکته مهم در مورد استفاده از ترانسدیوسرها عبارتند از:

• خروجی‌های ترانسدیوسرها و نحوه‌ی سیم‌کشی آن‌ها؛
• سیم‌کشی و اتصال یک ترانسدیوسر به چندین نمایشگرِ خوانش (readouts)، رکوردر، کامپیوتر و غیره؛
• سیم‌کشی و اتصال چندین ترانسدیوسر به یک نمایشگرِ خوانش (readouts)، رکوردر، کامپیوتر و غیره؛
• استفاده از سیگنال میلی‌آمپری با تجهیزاتی با ورودی ولتاژ؛
• تعیین اینکه چه تعداد ترانسدیوسر را می‌توان به یک منبع تغذیه متصل کرد.

در این مطلب به شکل مفصل به هر یک از این مشکلات یا سوالات پاسخ داده شده است.

خروجی‌های ترانسدیوسرها و نحوه‌ی سیم‌کشی آن‌ها

ترانسدیوسرهای فشار سه نوع خروجی الکتریکی اصلی دارند: میلی‌ولت (mV)، ولت (V) و جریان (mA).

مهم است که کاربر بداند کدام یک از این خروجی‌ها مناسب کاربرد مورد نظر است تا بتواند ترانسدیوسر فشار مناسب را انتخاب کند.

در ادامه مزایا، معایب و سیم‌کشی مرتبط به ترانسدیوسرها با خروجی میلی‌ولت، ولت و جریان را بررسی می‌کنیم.

ترانسدیوسرهایی که خروجی میلی‌ولت دارند، عموما برای کاربردهای آزمایشگاهی مناسب هستند.

قیمت آن‌ها پایین است، ابعاد کوچکی دارند و نیازمند یک منبع تغذیه رگوله شده (regulated) هستند.

به خاطر داشته باشید که سیگنال میلی‌ولت بسیار سطح پایینی دارد، فقط محدود به مسافت‌های کوتاه است (معمولا حد آن تا سقف ۲۰۰ فوت در نظر گرفته می‌شود) و در برابر تداخلات الکتریکی از سیگنال‌های الکتریکی نزدیک آسیب‌پذیر است (دیگر تجهیزات، خطوط ولتاژ بالای AC و غیره). پیکربندی رایج سیم‌کشی را در شکل ۱ می‌بینید.

ترانسدیوسرهایی که خروجی ولتاژ تقویت شده دارند، معمولا در محیط سبک صنعتی و سیستم‌های رابط کامپیوتری، که به سطح بالاتری از سیگنال DC نیاز دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به دلیل پردازش داخلی سیگنال، این ترانسدیوسرها قیمت بالاتری دارند و ابعاد آن‌ها نیز از ترانسدیوسرهای با خروجی میلی‌ولت بزرگ‌تر است. سیگنال‌های ولتاژ تقویت شده می‌توانند تا مسافتی متوسط را طی کنند و نسبت به سیگنال میلی‌ولت، مصونیت بسیار بالاتری در برابر تداخلات الکتریکی دارند. نحوه‌ی رایج سیم‌کشی را در شکل ۲ می‌بینید.

نکته: خروجی یک ترانسدیوسر، میلی‌ولت، ولتاژ تقویت شده یا جریانی است.

یک ترانسمیتر تنها خروجی جریانی تولید می‌کند. تکرار می‌کنم، به دلیل پردازش داخلی سیگنال، ترانسمیترها گران‌تر بوده و ابعاد بزرگ‌تری نسبت به ترانسدیوسرهایی با خروجی میلی‌ولت دارند. برخلاف ترانسدیوسرهای با خروجی میلی‌ولت و ولتاژ، سیگنال جریانی کاملا در برابر نویز و تداخلات الکتریکی مصونیت دارد که این یک ویژگی ارزشمند در کارخانه است. همچنین یک سیگنال جریانی را می‌توان در مسافت‌های طولانی مخابره کرد. نحوه‌ی رایج سیم‌کشی این ترانسمیترها را در شکل ۳ می‌بینید.

سیم‌کشی و اتصال یک ترانسدیوسر به چندین نمایشگرِ خوانش (readouts)، رکوردر، کامپیوتر و غیره

یکی از مزایای عالی سیگنال جریانی، سادگی برپا کردن یک سیستم با چندین ابزار و تجهیز است. مخابره در مسافت‌های طولانی از یک تجهیز به تجهیز دیگر بدون تداخل الکتریکی نیز برپا کردن چنین سیستم‌هایی را تسهیل می‌بخشد.

به طور مثال، یک مرکز تست مواد و متریال، شاید یک اتاق کنترل برای تمام آزمایشگاه‌های مختلف خود داشته باشد و در نتیجه بتوان تمام فعالیت‌ها را از یک موقعیت مرکزی کنترل کرد. کالیبراسیون و رفع اشکال تجهیزات، در یک مدار جریانی چندین-ابزاری، ساده است. تنها محدودیت برای تعداد تجهیزات، میزان ولتاژ منبع تغذیه‌ای است که مدار جریانی را درایو می‌کند. حداقل ولتاژ مورد نیاز توسط قانون اُهم تعیین می‌شود، V=IR (ولتاژ برابر است با جریان ضرب در مقاومت). این مساله در شکل ۴ نمایش داده شده است.

که:

RLINE = مقاومت به خاطر سیم
RLOAD = مجموع مقاومت ابزارآلات
VsTRANSDUCER = حداقل ولتاژ تغذیه برای ترانسدیوسر
برای مثال، فرض می‌کنیم موارد زیر را داریم:
ترانسمیتر فشار (۴-۲۰ میلی‌آمپر) با ولتاژ تغذیه ۱۲-۳۰ ولت DC؛
پنل‌متر با امپدانس ورودی ۱۰ اُهم؛
رکوردر با امپدانس ورودی ۲۵ اُهم؛
کامپیوتر با امپدانس ورودی ۲۰۰ اُهم؛
مقاومت سیم ۵ اُهم.
ولت ۱۶٫۸= (۰٫۰۲)(۵ + ۱۰ + ۲۵ + ۲۰۰) + ۱۲ :حداقل ولتاژ مورد نیاز

۲۴ ولت رایج‌ترین منبع تغذیه برای مدار جریانی ۴-۲۰ میلی‌آمپر است.

همچنین می‌توان سیگنال ولتاژ یا میلی‌ولت را به چندین تجهیز سیم‌کشی کرد، اما زیاد آسان نیست و فاقد مزایای عیب‌یابی و کالیبراسیونی است که ذاتا در سیستم مدار جریانی وجود دارد. سیگنال ولتاژ یا میلی‌ولت را می‌توان به شکل موازی به چندین تجهیز متصل کرد، در شکل ۵ نمایش داده شده است. در این روش، امپدانس ورودی بسیار بالایی برای تجهیز متصل شده در نظر گرفته می‌شود. در غیر این صورت، برای مخابره‌ی مجدد سیگنال، می‌توان از یک خروجی آنالوگ استفاده کرد.

سیم‌کشی و اتصال چندین ترانسدیوسر به یک نمایشگرِ خوانش (readouts)، رکوردر، کامپیوتر و غیره

در اندازه‌گیری چندین فشار، یک اشتباه رایج این است که سعی کنیم از چندین ترانسدیوسر، یک دستگاه سوییچ و تنها یک پنل‌متر استفاده کنیم، و به این شکل با نخریدن چندین پنل‌متر (یا دیگر ابزارآلات) در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنیم.

مشکل این است که هر ترانسدیوسر نقطه صفر منحصر به خود را دارد و readout فقط یک پیچ تنظیم صفر دارد. نتیجه‌ی کلی این می‌شود که درستی کل حدود ۳ درصد افزایش پیدا می‌کند، با وجود اینکه هر سنسور فشار ۰٫۵ درصد درستی دارد. در اکثر موارد، چنین خطای بزرگی قابل قبول نیست.

روش صحیح استفاده از چندین ترانسدیوسر با یک دستگاه readout، این است که از ترانسدیوسرهایی استفاده شود که روی آن‌ها پیچ تنظیم صفر و بازه تعبیه شده است و خروجی یکسانی دارند (ولتاژ یا جریان) و بازه فشار یکسانی دارند. هر ترانسدیوسر با وارد کردن یک فشار مشخص تنظیم می‌شود تا خروجی همه یکسان باشد. وقتی که همه خروجی‌هایی مشابه داشته باشند، پنل‌متر مقیاس درستی را نمایش می‌دهد و می‌توان از یک سوییچ استفاده کرد.

یک راه حل دیگر برای استفاده از چندین ترانسدیوسر با یک readout، استفاده از یک اسکنر به جای پنل‌متر و سوییچ است. انواع مختلفی اسکنر وجود دارد. نوع اسکنری که با چندین ترانسدیوسر فشار کار می‌کند، باید مقیاس‌بندی مستقلی برای هر کانال داشته باشد.

برخی اسکنرها علاوه بر داشتن مقیاس‌بندی مستقل برای هر کانال، همچنین ورودی جریانی، ولتاژی یا میلی‌ولتی مستقل به هر کانال ارائه می‌کنند. این نوع اسکنر به شما این امکان را می‌دهند که از ترانسدیوسرهایی با خروجی‌های متفاوت و همچنین بازه‌های فشار متفاوت، با یک تجهیز یکسان استفاده کنید.

شکل ۲٫ نحوه‌ی رایج سیم‌کشی برای ترانسدیوسر با خروجی ولتاژی (-منبع تغذیه و –سیگنال مشترک هستند)
شکل ۱٫ نحوه‌ی رایج سیم‌کشی برای ترانسدیوسر با خروجی میلی‌ولت
شکل ۳٫ نحوه‌ی رایج سیم‌کشی برای ترانسدیوسر با خروجی جریانی
شکل ۴٫ مدار جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر چند تجهیز (پنل‌متر، چارت رکوردر، کامپیوترها و …)
حداقل ولتاژ مورد نیاز = (R LINE + R LOAD)(0.20 Amps) + Vs TRANSDUCER
شکل ۵٫ چندین تجهیز سیم‌کشی شده به شکل موازی با یک ترانسدیوسر با خروجی ولتاژی

استفاده از سیگنال میلی‌آمپری با تجهیزاتی با ورودی ولتاژ

اکثر تجهیزات برای دریافت ولتاژ، تنظیم می‌شوند. یک سوال رایج این است که چطور از سیگنال جریان با تجهیزاتی استفاده کنیم که برای ولتاژ طراحی و تنظیم شده‌اند. این کار به سادگی با نصب یک مقاومت، در ترمینال ورودی تجهیز ممکن است. مقدار این مقاومت توسط قانون اُهم تعیین می‌شود (V = IR). به طور مثال، نصب یک مقاومت ۵۰۰ اُهمی، ۲۰ میلی‌آمپر را به ۱۰ ولت تبدیل می‌کند (V = IR = 0.02 x 500). این مساله در شکل ۷ نمایش داده شده است.
تنها چیز دیگری که باید در نظر بگیرید، افست صفر (zero offset) است. از آنجایی که اکثر مدارهای جریانی، نقطه کمینه ۴ میلی‌آمپر دارند، یک افست صفر وجود خواهد داشت. استفاده از یک مقاومت با همان مقدار بالا، ۴ میلی‌آمپر را به ۲ ولت تبدیل می‌کند.

R=V/I
که: R برابر است با اندازه‌ی مقاومت
V برابر است با ولتاژ مطلوب
I برابر است با جریان
مثال:
برای تبدیل ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر به ۲ تا ۱۰ ولت
R = V/I = 10/0.02 = 500 Ohms
یک مقاومت ۵۰۰ اُهمی، در ترمینال‌های (+) و (-) تجهیز نصب می‌شود.

تعیین اینکه چه تعداد ترانسدیوسر را می‌توان با یک منبع تغذیه، تغذیه کرد

چندین ترانسدیوسر را می‌توان با یک منبع تغذیه، تغذیه کرد. تعداد ترانسدیوسرهایی که می‌توان استفاده کرد، با میزان استفاده جریان توسط هر ترانسدیوسر و ظرفیت جریان منبع تغذیه، تعیین می‌شود. جمع جریان استفاده شده توسط ترانسدیوسرها نباید از ظرفیت منبع تغذیه بالاتر باشد. به طور مثال، اگر ۵۰ ترانسدیوسر داشته باشید که ۱۳ میلی‌آمپر جریان بکشند، به منبع تغذیه‌ای نیاز دارید که حداقل ۶۵۰ میلی‌آمپر باشد (۵۰x13). همچنین هیچ ایرادی ندارد که فقط یک ترانسدیوسر را با یک منبع تغذیه روشن کنید که ظرفیت جریان بالایی دارد.

شکل ۶٫ چندین ترانسدیوسر با سیم به یک پنل‌متر و یک سوییچ متصل شده‌اند (ترانسدیوسرها دارای تنظیم صفر و بازه هستند و خروجی‌ها و بازه‌های فشار یکسانی دارند)

شکل ۷٫ تبدیل جریان به ولتاژ برای تجهیزاتی که مناسب ولتاژ هستند.

حمل، موقعیت‌یابی و نصب ترانسدیوسرها

الف. دیافراگم – دیافراگم را لمس نکنید یا فشار ندهید چون ممکن است کالیبراسیون آن را تغییر دهید یا به آن آسیب بزنید، به خصوص در مدل‌هایی که بازه‌ی کم فشاری دارند.

ب. پیچ و بست‌ها و سخت‌افزار – از پیچ و بست‌ها و سخت‌افزارهای مناسب فشار با درجه‌بندی‌های مناسب استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که نوع رزوه و ابعاد پیچ و بست‌های مناسبی را انتخاب کرده‌اید. در صورت نیاز، از لیمیترهای فشار (محدودکننده‌های فشار)، محفظه ظرفیت (capacity chambers)، اسنابرها و … استفاده کنید.

پ. در دمای محیط استفاده کنید – ترانسدیوسر را در محلی قرار دهید که بتوانید به سادگی آن را بازرسی یا سرویس کنید. دمای محیط باید در بازه‌ی اعلام شده در مشخصات فنی ترانسدیوسر باشد. هر چقدر دمای محیط نزدیک‌تر به ۲۵ درجه سلسیوس باشد، اثرات ضریب دمایی روی دقت و درستی کل ترانسدیوسر کمتر می‌شود. از مکان‌هایی که لرزش شدید در آن‌ها وجود دارد دوری کنید.

ت. نصب – نصب فقط باید توسط پرسنل آموزش‌دیده و وارد به مسائل ایمنی و دارای دانش و آگاه به استانداردهای مقبول مرتبط با سیستم‌های فشار در صنعت انجام شود. اگر ترانسدیوسر در هنگام نصب بیش از حد دچار گشتاور شود، ممکن است کالیبراسیون آن و یا صفر آن شیفت کند. بعد از نصب، بررسی کنید ببینید صفر شیفت کرده است یا خیر. در زمان نصب ترانسدیوسرها، برای آگاهی از ابعاد پیچ و بست و نوع متریال، به داده گشتاور استاندارد صنعت رجوع کنید.