اندازه‌گیری جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر در صنعت: اصول، کاربردها و فناوری‌های مدرن
تهیه و تدوین: بخش تحقیق و توسعه‌ی شرکت بهین رایانه نقشینه
تاریخ انتشار:
مقدّمه
اندازه‌گیری و انتقال دقیق داده‌های فرایندی، رکن اصلی موفقیت در سیستم‌های صنعتی مدرن به‌شمار می‌آید. در میان روش‌های مختلف انتقال سیگنال، استفاده از جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر(mA 4-20) به‌عنوان یک استاندارد جهانی پذیرفته شده است. این سیگنال ساده اما قدرتمند، امکان ارتباط قابل اعتماد بین تجهیزات میدانی و سیستم‌های کنترل را در شرایط سخت صنعتی فراهم می‌آورد. در این مقاله، به بررسی اصول اندازه‌گیری ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر، دلایل فنی انتخاب این بازه، کاربردهای گسترده‌ی آن در صنایع گوناگون و همچنین معرفی ابزارهای مدرن مرتبط با این حوزه خواهیم پرداخت.
اصول و چرایی انتخاب بازه ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر:
سیگنال جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر یکی از استاندارهای رایج در انتقال مقادیر اندازه‌گیری شده فرایندهای صنعتی است. این روش ساده، امکان ارتباط مستقیم و دقیق مقادیر حسگرها را با واحد‌های کنترل بدون نیاز به مبدل‌های اضافی ولتاژ فراهم می‌کند. این سیگنال به عنوان یک روش انتقال داده‌ی آنالوگ، مزایای متعددی نسبت به سیگنال‌های ولتاژی دارد. از مهم‌ترین این مزایا، می‌توان به ایمنی بالاتر، مصونیت در برابر نویز، امکان انتقال در فواصل طولانی بدون افت سیگنال و قابلیت تشخیص خطا اشاره نمود. انتخاب عدد ۴ میلی‌آمپر به عنوان حد پایین، به این دلیل است که جریان صفر، نشان‌دهنده قطع سیم یا خرابی در حلقه‌ی جریان در نظر گرفته‌می‌شود، در حالی که جریان بین ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر نمایانگر وضعیت‌های عملیاتی نرمال خواهد بود.
مزیت دیگر استفاده از جریان، مقاومت کم آن در برابر نویزهای الکترومغناطیسی است. این ویژگی، سیگنال ۴–۲۰ mA را به گزینه‌ای ایده‌آل برای محیط‌های صنعتی با نویز بالا مانند کارخانجات، پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها تبدیل کرده است. همچنین به دلیل محدود بودن انرژی منتقل‌شده، این سیگنال برای استفاده در محیط‌های مستعد انفجار، ایمن محسوب می‌شود.
کاربردهای صنعتی سیگنال ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر:
یکی از ویژگی‌های برجسته‌ی سیستم‌های اندازه‌گیری مبتنی بر ۴–۲۰ mA، انعطاف‌پذیری در سنجش انواع کمیت‌های فیزیکی است. برخی از مهم‌ترین کاربردهای این سیگنال در صنعت عبارتند از:
- اندازه‌گیری فشار: ترانسمیترهای فشار صنعتی، خروجی ۴–۲۰ mA ارائه می‌دهند که به طور خطی با میزان فشار تغییر می‌کند. این داده‌ها به راحتی به سیستم‌های مانیتورینگ یا کنترل فرآیند ارسال شده و برای مقاصدی همچون حفاظت از تجهیزات، کنترل کیفیت و ایمنی استفاده می‌شوند.
- اندازه‌گیری دما: حسگرهای دما مانند RTD و ترموکوپل، معمولاً از طریق مبدل‌های جریان، سیگنال ۴–۲۰ mA ایجاد می‌کنند. این سیگنال‌ها امکان انتقال دقیق تغییرات دما به فواصل دورتر را بدون خطای ناشی از افت ولتاژ فراهم می‌کنند.
- اندازه‌گیری سطح: ترانسمیترهای سطح (Level Transmitters)، با اندازه‌گیری ارتفاع مایعات در مخازن یا تانکرها، سیگنال متناسب 4 تا 20 میلی‌آمپر تولید می‌کنند. این داده‌ها نقش حیاتی در صنایع شیمیایی، غذایی، نفت و گاز برای جلوگیری از سرریز یا خشک‌شدن تجهیزات دارند.
- اندازه‌گیری جریان سیالات: فلومترهای صنعتی برای اندازه‌گیری نرخ جریان سیالات طراحی شده‌اند و خروجی ۴–۲۰ mA آن‌ها مستقیماً به سیستم‌های کنترل و مانیتورینگ متصل می‌گردد. این اطلاعات در بهینه‌سازی مصرف انرژی و بهبود بهره‌وری فرآیند نقش اساسی دارد.
فناوری‌های مدرن در اندازه‌گیری ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر:
با پیشرفت فناوری، سیستم‌های اندازه‌گیری ۴–۲۰ mA به ابزارهای دیجیتال پیشرفته‌ای مجهز گردیده‌اند. امروزه کارت‌های اندازه‌گیری چندکاناله مبتنی بر پروتکل‌هایی همچون Modbus RTU یا Modbus TCP در صنعت بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کارت‌ها قادرند سیگنال‌های ۴–۲۰ میلی‌آمپر را خوانده و پس از دیجیتال‌سازی، از طریق شبکه‌های صنعتی نظیر RS485 و اترنت به مراکز کنترل مرکزی ارسال نمایند. از طریق این ماژول‌های مبتنی بر مدباس، اطلاعات همه سنسورهای 4 تا 20 میلی آمپر به راحتی در سامانه‌های صنعتی مانند PLCها یکپارچه می‌شود. به‌کارگیری این ماژول‌ها، سرعت، دقت و قابلیت اطمینان سیستم‌های پایش و کنترل را به شکل چشمگیری افزایش داده است.
از سوی دیگر، ابزارهای پرتابل اندازه‌گیری و کالیبراسیون سیگنال ۴–۲۰ mA برای نگهداری و راه‌اندازی سیستم‌های حلقه جریان توسعه یافته‌اند. دستگاه‌ها پرتابل به کارشناسان و تکنسین‌های فنی این امکان را می‌دهند تا در محل پروژه‌ها یا خطوط تولید، به تست و عیب‌یابی حلقه‌های جریان بپردازند. این دستگاه‌های قابل حمل، با دارا بودن قابلیت اندازه‌گیری جریان، امکان بررسی صحت عملکرد سنسورها و ترانسمیترها را بدون نیاز به تجهیزات حجیم فراهم می‌سازند.
نتیجه‌گیری
جریان ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر به عنوان استانداردی کارآمد و مورد اطمینان در انتقال داده‌های آنالوگ صنعتی تثبیت شده است. سهولت استفاده، ایمنی بالا، مقاومت در برابر نویز و قابلیت انتقال در مسافت‌های طولانی، این سیگنال را به گزینه‌ای بی‌رقیب در صنایع گوناگون تبدیل کرده است. علاوه بر این، توسعه فناوری‌های دیجیتال، کارت‌های اندازه‌گیری مدباس و تجهیزات پرتابل تست و کالیبراسیون، افق‌های جدیدی را در بهره‌برداری مؤثرتر از سیستم‌های مبتنی بر 4 تا 20 میلی آمپر گشوده‌اند. بدین ترتیب، این استاندارد همچنان نقش کلیدی خود را در پایش، کنترل و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی حفظ کرده و توسعه خواهد داد.