เรียบเรียงโดย : ฝ่ายขายสำนักงานใหญ่

สวัสดีค่ะทุกท่าน ในการวัดทางอุตสาหกรรม เช่น อุณหภูมิ ความดัน การไหล ความหนาแน่น จะถูกวัดค่าโดยเซ็นเซอร์จากนั้นแปลงค่า Process Valueที่วัดได้เป็นสัญญาณไฟฟ้าในรูปของแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าจากเซ็นเซอร์จะถูกส่งไปยัง Transmitterเพื่อแปลงสัญญาณที่ได้ให้อยู่ในรูปแบบสัญญาณกระแสไฟฟ้ามาตราฐานในการใช้งานส่วนใหญ่จะใช้สัญญาณกระแสไฟฟ้าขนาด 4-20 mA แทนการใช้งานสัญญาณกระแสไฟฟ้า 0-20 mAหรือสัญญาณไฟฟ้า 0-5 V หรือสัญญาณไฟฟ้า 1-5 V แต่ทว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้น


ใช้สัญญานกระแสไฟฟ้าขนาด 4 mA แทนค่าต่ำสุดในช่วงของการวัด (Range Zero) แทนที่จะใช้ 0 mAเนื่องจากการใช้สัญญาณขนาด 0 mA ไม่สามารถจำแนกได้ว่า 0 mA ที่ได้นี้เกิดจากการวัด Process Value ที่ค่าต่ำสุดในช่วงของการวัด หรือ เกิดจากการชำรุดของสายนำสัญญาณ ในกรณีที่การวัดเกิดขึ้นที่ค่าต่ำสุดของช่วงการวัด จะทำให้ได้สัญญาณกระแสขนาด 0 mA เกิดขึ้น หรืออีกนัยหนึ่งคือ ไม่มีกระแสไหลในวงจร ทำให้อุปกรณ์ปลายทางไม่มีพลังงานไฟฟ้าเลี้ยงวงจร จึงจำเป็นที่จะต้องเดินสายไฟเลี้ยงเพิ่มเติม ซึ่งหมายถึงต้นทุนที่เพิ่มสูงขึ้นการใช้สัญญาณกระแสขนาด 4 – 20 mA ง่ายแก่การสเกลและคำนวณค่าการสเกลสัญญาณ 4-20 mA

การแปลง 4-20 mA เทียบกับ Percentage

Percentage=100X(ค่าที่วัด-ค่าต่ำสุดของช่วงในการวัด/Span)

ตัวอย่างเช่น สัญญาณ 15 mA เมื่อเทียบเป็น Percentage จะได้

Percentage=100X(15-4/16)

Percentage=68.75%

การแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล : CPU ใน PLC/DCS หรือคอนโทรลเลอร์แบบ Standalone ต้องการสัญญาณดิจิตอลขนาด 1-5 V.
ในการประมวลผล ดังนั้น PLC/DCS จะแปลงสัญญาณอนาล็อกที่ได้จากเครื่องมือวัดเป็นดิจิตอลเพื่อให้ CPU สามารถอ่านค่าได้
สำหรับการแปลงกระแสจาก 4-20 mA เป็น 1-5 V ต้องการตัวต้านทานขนาด 250 โอห์ม

อย่างที่เราทราบ V= IR
V= 4 mA X 250 Ω = 1 V
8 mA X 250 Ω = 2 V4 . เหตุผลที่ใช้สัญญาณขนาด 20 mA เนื่องจากหัวใจของมนุษย์สามารถทนกระแสได้สูงสุดที่ 30 mA เท่านั้น ดังนั้นขนาด 20 mA
จึงถูกเลือกใช้เนื่องจากการคำนึงถึงเหตุผลด้านความปลอดภัย

12 mA X 250 Ω = 3 V
16 mA X 250 Ω = 4 V
20 mA X 250 Ω = 5 V
เหตุผลที่ใช้สัญญาณขนาด 20 mA เนื่องจากหัวใจของมนุษย์สามารถทนกระแสได้สูงสุดที่ 30 mA เท่านั้น ดังนั้นขนาด 20 mAจึงถูกเลือกใช้เนื่องจากการคำนึงถึงเหตุผลด้านความปลอดภัย

ข้อดี : มีความทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า สายสัญญาณที่ยาวมากมีความต้านทานจึงทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าลดลงแรงดันไฟฟ้าลดลงมีผลต่อการอ่านค่าที่วัดได้ ข้อดีของการใช้สัญญาณ 4-20 mA คือ ไม่มีปัญหาการเกิดสัญญาณลดลงในการใช้งานที่ลากสายนำสัญญาณยาวๆ

ข้อเสีย : การใช้สัญญาณกระแสไฟฟ้าสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กกับสายสัญญาณที่ลากคู่ขนานกัน
ดังนั้นจึงควรใช้สายนำสัญญาณชนิด Twist wire แลควรติดตั้งให้ห่างจากสายสัญญาณอื่นๆ

ขอบคุณข้อมูลจาก : https://instrumentationapplication.com/why-4-20-ma-signal-is-used-not-0-20-ma-signal-in-industrial-instrumentation/