หลักการทำงานของ Transmitters แบบต่างๆ

21 July 2015

เขียนโดย : Product Manager WATANABE

สวัสดีครับทุกท่านวันนี้ผมจะขอแนะนำในเรื่องของ Transmitters ว่ามีประโยชน์อย่างไรพร้อมกับสามารถนำ Transmittersไปใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง

อุปกรณ์แปลงสัญญาณมาตรฐาน (Transmitters)

ก่อนอื่นจะขออธิบายถึง สัญญาณมาตรฐาน (Transmitters) และประโยชน์ของสัญญาณมาตรฐานที่ใช้ในงานอุตสาหกรรม เพื่อให้เข้าใจ อุปกรณ์แปลงสัญญาณมาตรฐาน (Transmitters) ได้ดียิ่งขึ้นดังนี้

เนื่องจากระบบควบคุมในอุตสาหกรรมประกอบด้วย อุปกรณ์ควบคุมหลายชนิดต่อพ่วงกันเป็นระบบ และอปุกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องมีการส่งและรับสัญญาวัดแบบ Analog ระหว่างกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกำหนดมาตรฐานสัญญาณวัดแบบ Analog ให้เป็นสากล เพื่อที่บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมจะได้ยึดถือเป็นมาตรฐานในการออกแบบอุปกรณ์ของตน เพื่อให้สามารถต่อพ่วงกับอปุกรณ์อื่น ๆ ได้โดยทั่วไปสัญญาณมาตรฐานมี 2 ชนิดคือ

รูปที่ 1 ความสัมพันธ์ระหว่างค่าวัดและสัญญาณกระแสมาตรฐาน

เป็นการส่งสัญญาณในรูปของกระแสตรง (DC Current) มาตรฐานที่นิยมใช้คือ 4-20mA หมายความว่าเมื่อค่าวัดเป็น 0% ก็จะเท่ากับกระแส 4 mA และหากวัดค่าได้เป็น 100% เท่ากับ 20 mA โดยค่าวัดได้จะอยู่ในช่วง 0-100% จะสัมพันธ์เชิงเส้นกับกระแส 4-20mA

ข้อดีของการส่งสัญญาณเป็นกระแส คือ สามารถส่งสัญญาณไปได้ระยะไกล ๆ ความต้านทานของสายส่งสัญญาณ จะไม่ทำให้ค่าวัดผิดพลาด และการถูกสัญญาณรบกวนจะน้อยกว่าการส่งสัญญาณ จะไม่ทำให้ค่าวัดผิดพลาด และการถูกสัญญาณรบกวนจะน้อยกว่าการส่งเป็นแรงดันไฟฟ้า นอกจากมาตรฐาน 4-20mA แล้วยังมีมาตรฐานแบบอื่น ๆ อีก เช่น 0-20mA,10-50 mA,0-1 mA แต่ไม่ค่อยได้รับความนิยมเท่าที่ควร

รูปที่ 2 ความสัมพันธ์ระหว่างค่าวัดและแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน

เป็นการส่งสัญญาณในรูปของแรงดันไฟฟ้า (DC Voltage) มาตรฐานที่นิยมใช้คือ 1-5Vdc หมายความว่าเมื่อค่าวัดเป็น 0% ก็จะเท่ากับแรงดันที่ 1 Vdc และค่าวัดเป็น 100% เท่ากับแรงดัน 5 VDC การใช้สัญญาณมาตรฐานแบบแรงดันนี้ไม่เหมาะกับการที่ต้องส่งสัญญาณระยะไกล เนื่องจากความต้านทานของสายสัญญาณจะทำให้ค่าวัดผิดไปและถูกสัญญาณรบกวนได้ง่าย สัญญาณแบบแรงดันนี้เหมาะกับการส่งสัญญาณระยะใกล้ และมีการต่อเข้าอุปกรณ์รับสัญญาณหลาย เนื่องจากสะดวกในการติดตั้ง นอกจากมาตรฐาน 1-5 Vdc แล้วยังมีมาตรฐานอื่น ๆ แต่นิยมใช้น้อยเช่น 0-10Vdc,0-5Vdc,0-10 Vdc เป็นต้น

อุปกรณ์แปลงสัญญาณมาตรฐาน (Transmitters)

เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณวัดเซ็นเซอร์แบบต่าง ๆ มาเป็นสัญญาณมาตรฐานชนิดของ Transmitters มีหลายชนิดและเรียกตามชื่อของเซ็นเซอร์ที่ Transmitters ใช้แปลงสัญญาณอุณหภูมิจาก Thermocouple มาเป็นสัญญาณมาตรฐาน RTD Transmitter ใช้แปลงสัญญาณจากอุณหภูมิจาก RTD Sensor มาเป็นสัญญาณมาตรฐาน PH Transmitter ใช้แปลงสัญญาณค่า PH จาก PH Sensor มาเป็นสัญญาณมาตรฐาน

จากรูปที่ 3 แสดงส่วนต่าง ๆ ของ Signal Transmitter ซึ่งมีหน้าที่ดังนี้

Input Amplifier เป็นส่วนที่ขยายสัญญาณจาก Sensor ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าค่าต่ำ ๆ ให้มีระดับสัญญาณแรงขึ้น Linearizer เนื่องจากคุณสมบัติของ Sensor เซ็นเซอร์แต่ละชนิดมีความไม่เชิงเส้น (Nonlinear) กับค่าวัดเช่น Thermocouple จะ Nonlinear กับค่าอุณหภูมิ ดังนั้นถ้าต้องการให้ค่าวัด Output ถูกต้องจึงต้องมีส่วน Linearizer ทำหน้าที่แก้ไข Nonlinear ของ Sensor แต่ละชนิด

Isolate ทำหน้าที่แยกสัญญาณไฟฟ้าระหว่างด้าน Sensor Input และสัญญาณไฟฟ้าด้าน Output เข้า Isolate นี้มีหน้าที่ป้องกันสัญญาณรบกวนจาก Sensor ไม่ให้ออกไปทาง Output ป้องกันสัญญาณรบกวนอันเนื่องมาจากการเกิด Ground Loop และป้องกันความเสียหายที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ที่ต่อพ่วงทางด้าน Output ในกรณีที่เกิดความผิดปกติขึ้นทางด้าน Sensor เช่นเกิดฟ้าผ่าหรือมี Transient High Voltage เข้าที่ Sensor Output เป็นส่วนที่แปลงสัญญาณจาก Isolate มาเป็นสัญญาณมาตรฐานโดยทั่วไป Signal Transmitter มีอยู่ 2 ชนิดตามจำนวนสายที่ต่อกับ Signal Transmitter คือ

2-Wire Signal Transmitter

Signal Transmitter แบบนี้ดังรูปที่ 4 ใช้สายเพียง 2 เส้น ซึ่งสายนี้เป็นสัญญาณ Output ของ Transmitter และเป็นสายของ Power Supply สำหรับจ่ายเลี้ยงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายใน Signal Transmitter Output Signal ของ Transmitter แบบนี้เป็นสัญญาณ 4-20mA เท่านั้น ข้อดีของ Transmitter แบบนี้คือประหยัดสายในการติดตั้ง

4-Wire Signal Transmitter

Signal Transmitter แบบนี้จะใช้สายสัญญาณ 2 เส้น และสาย Power Supply อีก 2 เส้นแยกกันสัญญาณ Output ของ 4-Wire Signal Transmitter มีทั้งที่เป็นสัญญาณกระแสไฟฟ้ามาตรฐาน และสัญญาณแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน สัญญาณ Output ของ 4-Wire Signal Transmitter มีทั้งเป็นสัญญาณกระแสไฟฟ้ามาตรฐาน และสัญญาณแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน สัญญาณจะแตกต่างกัน ดังรูปที่ 5 และ 6

สุดท้ายนี้ขอแนะนำ Application ในการใช้งานแบบต่างๆ โดยขอยกตัวอย่างยี่ห้อ Asahi จากประเทศญี่ปุ่น มาดู Application ตัวอย่างการนำไปประยุกต์ใช้งาน Signal Transmitter กัน