तापमान ट्रांसमीटर एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जिसका व्यापक रूप से औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है। इसका मुख्य कार्य तापमान सेंसर (जैसे थर्मोकपल, थर्मल रेसिस्टर्स आरटीडीएस या थर्मिस्टर्स) द्वारा पहचाने गए कमजोर संकेतों को मानक औद्योगिक प्रक्रिया संकेतों (सबसे आम 4-20mA डीसी वर्तमान सिग्नल या डिजिटल सिग्नल) में परिवर्तित करना है, और फिर इस सिग्नल को नियंत्रण कक्ष में या दूरी पर स्थित उपकरणों, नियंत्रकों, डेटा अधिग्रहण प्रणालियों या एक्चुएटर्स को प्रदर्शित करने के लिए संचारित करना है।
तापमान ट्रांसमीटर के कार्य सिद्धांत को निम्नलिखित प्रमुख चरणों में संक्षेपित किया जा सकता है:
तापमान धारणा और कच्चा सिग्नल उत्पादन:
एक तापमान सेंसर (आमतौर पर थर्मोकपल या थर्मल रेसिस्टर जैसे Pt100) तापमान परिवर्तन को महसूस करने के लिए मापे जा रहे माध्यम के सीधे संपर्क में आता है।
थर्मोकपल (टी/सी) : सीबेक प्रभाव के आधार पर, जब मापने वाले सिरे (गर्म सिरे) और संदर्भ सिरे (ठंडे सिरे) पर दो अलग-अलग धातुओं के बीच तापमान में अंतर होता है, तो सर्किट में तापमान अंतर के अनुपात में एक थर्मोइलेक्ट्रिक क्षमता (मिलीवोल्ट - लेवल वोल्टेज सिग्नल, एमवी) उत्पन्न होगी।
थर्मल प्रतिरोध (आरटीडी): जैसे कि Pt100, भौतिक संपत्ति के आधार पर कि धातु कंडक्टर का प्रतिरोध मान बढ़ते तापमान (सकारात्मक तापमान गुणांक) के साथ बढ़ता है। तापमान परिवर्तन के कारण इसका प्रतिरोध मान बदल जाता है (उदाहरण के लिए, यह 0 डिग्री पर 100Ω है)।
थर्मिस्टर्स: इस विशेषता के आधार पर कि अर्धचालक सामग्रियों का प्रतिरोध मूल्य तापमान के साथ महत्वपूर्ण रूप से बदलता है, उन्हें नकारात्मक तापमान गुणांक (एनटीसी) और सकारात्मक तापमान गुणांक (पीटीसी) प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है।
सिग्नल कंडीशनिंग (मुख्य कदम):
प्रवर्धन: सेंसर द्वारा उत्पन्न मूल सिग्नल (एमवी-स्तर वोल्टेज या प्रतिरोध परिवर्तन) बेहद कमजोर है। ट्रांसमीटर के अंदर का इलेक्ट्रॉनिक सर्किट पहले इसे बाद के प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त मानक स्तर तक रैखिक रूप से बढ़ाता है।
शीत अंत मुआवजा (थर्मोकपल के लिए): थर्मोकपल द्वारा उत्पन्न थर्मोइलेक्ट्रिक क्षमता गर्म अंत और ठंडे अंत (संदर्भ अंत, आमतौर पर ट्रांसमीटर के आंतरिक टर्मिनल पर स्थित) के बीच तापमान अंतर का एक कार्य है। एक सटीक मापा तापमान (0 डिग्री के सापेक्ष) प्राप्त करने के लिए, ट्रांसमीटर को अपने टर्मिनल (ठंडे अंत तापमान) पर वास्तविक तापमान को मापने की जरूरत है, थर्मोइलेक्ट्रिक क्षमता की गणना करें जिसे इस तापमान के आधार पर मुआवजा दिया जाना चाहिए, और इसे मूल सिग्नल पर सुपरइम्पोज़ (या समतुल्य प्रक्रिया) करें, जिससे ठंडे अंत तापमान में परिवर्तन के कारण होने वाली त्रुटि समाप्त हो जाए।
रैखिककरण: थर्मोकपल और थर्मल प्रतिरोधों के बीच थर्मोइलेक्ट्रिक क्षमता/प्रतिरोध -तापमान संबंध एक पूर्ण सीधी रेखा नहीं है, लेकिन इसमें कुछ हद तक गैर-रैखिकता है। ट्रांसमीटर आमतौर पर सेंसर प्रकार के अनुरूप रैखिककरण वक्र को अंदर संग्रहीत करता है (या सूत्र का उपयोग करके इसकी गणना करता है)। प्रवर्धित/क्षतिपूर्ति सिग्नल को सीधे और रैखिक रूप से मापा तापमान मान का प्रतिनिधित्व करने के लिए रैखिककृत किया जाता है।
कम {{0}पास फ़िल्टरिंग: यह सिग्नल की स्थिरता और सटीकता को बढ़ाने के लिए सिग्नल में मौजूद उच्च आवृत्ति शोर (जैसे विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप, कंपन हस्तक्षेप इत्यादि) को हटा देता है।
सिग्नल रूपांतरण
एनालॉग सिग्नल (वोल्टेज) को परिवर्तित करें जिसे वातानुकूलित (प्रवर्धित, मुआवजा, रैखिककृत, फ़िल्टर किया गया) किया गया है और औद्योगिक मानक आउटपुट सिग्नल में मापा तापमान का सटीक प्रतिनिधित्व करता है।
सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला आउटपुट सिग्नल 4-20mA करंट सिग्नल है: परिवर्तित करंट सिग्नल लूप के माध्यम से प्रवाहित होता है। शून्य तापमान या सीमा की निचली सीमा आमतौर पर 4mA से मेल खाती है, और पूर्ण पैमाने पर तापमान 20mA से मेल खाती है। 4-20mA क्यों?
4mA शून्य ऑफसेट: यह सेंसर डिस्कनेक्शन लाइन दोष (0mA) से वास्तव में प्रभावी कम सिग्नल (4mA) को आसानी से अलग कर सकता है।
मजबूत विरोधी हस्तक्षेप: वोल्टेज संकेतों की तुलना में, वर्तमान सिग्नल लंबी दूरी के संचरण के दौरान तार प्रतिरोध और वोल्टेज ड्रॉप में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील नहीं होते हैं और विद्युत चुम्बकीय शोर से हस्तक्षेप होने की संभावना कम होती है।
दो तार से बिजली की आपूर्ति: कई ट्रांसमीटर दो तार वाले डिज़ाइन को अपनाते हैं, यानी, वे बिजली प्रदान करते हैं और दो तारों के माध्यम से एक साथ वर्तमान सिग्नल संचारित करते हैं। 4mA का न्यूनतम मान ट्रांसमीटर की अपनी न्यूनतम ऑपरेटिंग वर्तमान आवश्यकता (आमतौर पर "सक्रिय शून्य बिंदु" के रूप में जाना जाता है) सुनिश्चित करता है।
सिग्नल ट्रांसमिशन
परिवर्तित मानक सिग्नल (जैसे 4-20mA) तारों के माध्यम से दूरस्थ छोर तक प्रेषित होता है। इसकी मानकीकृत विशेषताओं के कारण, नियंत्रण कक्ष या पीएलसीएस और अन्य उपकरण सीधे इस सिग्नल को प्राप्त और संसाधित कर सकते हैं:
तापमान मान प्रदर्शित करें (पैनल टेबल, डीसीएस/एससीएडीए ऑपरेटर स्टेशन पर)।
तार्किक संचालन और विनियमन के लिए नियंत्रक (जैसे पीआईडी नियंत्रक) में इनपुट।
ऐतिहासिक डेटाबेस में संग्रहीत या अलार्म निर्णय के लिए उपयोग किया जाता है।
एक्चुएटर चलाएँ (यदि तापमान-आधारित नियंत्रण आवश्यक है)।
