Signal Transmitter

Signal Transmitter

            ก่อนที่จะกล่าวถึง Signal Transmitter จะขออธิบายความหมายและประโยชน์ของสัญญาณมาตรฐานที่ใช้ในทางอุตสาหกรรม เพื่อให้เข้าใจ Signal Transmitter ได้ดียิ่งขึ้นเนื่องจากระบบควบคุมในอุตสาหกรรมประกอบด้วย อุปกรณ์ควบคุมหลายชนิดต่อพ่วงกันเป็นระบบและอุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นต้องมีการส่งและรับสัญญาณวัดแบบ Analog ระหว่างกันดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกำหนดมาตรฐานสัญญาณวัดแบบ Analog ให้เป็นสากล เพื่อที่บริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมจะได้ยึดถือเป็นมาตรฐานในการออกแบบอุปกรณ์ของตนให้สามารถต่อพ่วงกับอุปกรณ์อื่นๆได้ สัญญาณมาตรฐานมี 2 ชนิด คือ
 
1. สัญญาณกระแสไฟฟ้ามาตรฐาน
            เป็นการส่งสัญญาณในรูปของกระแสตรง (DC. Current) มาตรฐานที่นิยมใช้คือ 4 - 20 mA หมายความว่า เมื่อค่าวัดเป็น 0% เท่ากับกระแส 4 mA และค่าวัดเป็น 100% เท่ากับกระแส 20 mA และค่าวัดซึ่งอยู่ในช่วง0 – 100% จะสัมพันธ์เป็นเชิงเส้นกับกระแส 4 - 20 mA
 
รูปที่ 1 ความสัมพันธ์ระหว่างค่าวัดและสัญญาณกระแสมาตรฐาน
            ข้อดีของการส่งสัญญาณเป็นกระแส คือ สามารถส่งสัญญาณไปได้ระยะไกลๆ ความต้านทานของสายส่งสัญญาณจะไม่ทำให้ค่าวัดผิดพลาดและการถูกสัญญาณรบกวนจะน้อยกว่าการส่งเป็นแรงดันไฟฟ้า นอกจากมาตรฐาน 4 - 20 mA แล้วยังมีมาตรฐานแบบอื่นอีกแต่คนนิยมใช้น้อย เช่น 0 - 20 mA, 10 - 50  mA, 0 - 1 mA
 
2. สัญญาณแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน
            เป็นการส่งสัญญาณในรูปของแรงดันไฟฟ้า (DC. Voltage) มาตรฐานที่นิยมใช้คือ 1 - 5 VDC หมายความว่า เมื่อค่าวัดเป็น 0% เท่ากับแรงดัน 1 V และค่าวัดเป็น 100% เท่ากับแรงดัน 5 V การใช้สัญญาณมาตรฐานแบบแรงดันนี้ไม่เหมาะกับการที่ต้องส่งสัญญาณระยะไกล เนื่องจากความต้านทานของสายสัญญาณจะทำให้ค่าวัดผิดไปและถูกสัญญาณรบกวนได้ง่าย สัญญาณแบบแรงดันนี้เหมาะกับการส่งสัญญาณระยะใกล้ และมีการต่อเข้ากับอุปกรณ์รับสัญญาณหลายเนื่องจากสะดวกในการติดตั้งนอกจากมาตรฐาน 1 - 5 V แล้วยังมีมาตรฐานอื่นแต่นิยมใชน้อย คือ 0 - 10 V, 0 - 5 V, 0 - 10 mV
รูปที่ 2 ความสัมพันธ์ระหว่างค่าวัดและแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน
 
Signal Transmitter
            เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงสัญญาณวัด Sensor แบบต่างๆมาเป็นสัญญาณมาตรฐาน ชนิดของ Transmitter มีหลายชนิด และเรียกตามชื่อของ Sensor ที่ transmitter นั้นใช้ เช่น
            - Thermocouple Transmitter ใช้แปลงสัญญาณอุณหภูมิจาก Thermocouple มาเป็นสัญญาณมาตรฐาน
            - RTD Transmitter ใช้แปลงสัญญาณอุณหภูมิจาก RTD Sensor มาเป็นสัญญาณมาตรฐาน
            - pH Transmitter ใช้แปลงสัญญาณค่า pH จาก pH Sensor มาเป็นสัญญาณมาตรฐาน
 
 
จากรูปที่ 3 แสดงส่วนต่างๆของ Signal Transmitter ซึ่งมีหน้าที่ดังนี้
 
1. Input Amplifier เป็นส่วนที่ขยายสัญญาณจาก Sensor ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าค่าต่ำๆให้มีระดับสัญญาณแรงขึ้น
2. Linearizer เนื่องจากคุณสมบัติของ Sensor แต่ละชนิดมีความไม่เชิงเส้น (Nonlinear) กับค่าวัด เช่น Thermocouple จะ Nonlinear กับค่าอุณหภูมิ ดังนั้นถ้าต้องการให้ค่าวัด Output ถูกต้องจึงต้องมีส่วน Linearizer ทำหน้าที่แก้ไข Nonlinear ของ Sensor แต่ละชนิด
3. Isolate ทำหน้าที่แยกสัญญาณไฟฟ้าระหว่างด้าน Sensor Input และสัญญาณไฟฟ้าด้าน Output เข้า Isolate นี้มีหน้าที่ป้องกันสัญญาณรบกวนจาก Sensor ไม่ให้ออกไปทาง Output ป้องกันสัญญาณรบกวนอันเนื่องมาจากการเกิด Ground Loop และป้อ งกันความเสียหายที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ที่ต่อพ่วงทางด้าน Output ในกรณีที่เกิดความผิดปกติขึ้นทางด้าน Sensor เช่น เกิดฟ้าฝ่าหรือมี Transient High Voltage เข้าที่ Sensor
4. Output เป็นส่วนที่แปลงสัญญาณจาก Isolate มาเป็นสัญญาณมาตรฐาน โดยทั่วไป Signal Transmitter มีอยู่ 2 ชนิด ตามจำนวนสายที่ต่อกับ Signal Transmitter คือ 2-Wire Signal Transmitter และ 4-Wire Signal Transmitter
 
2-Wire Signal Transmitter
            Signal Transmitter แบบนี้ดังรูปที่ 4 ใช้สายเพียง 2 เส้น ซึ่งสายนี้เป็นสัญญาณ Output ของ Transmitter และเป็นสายของ Power Supply สำหรับจ่ายเลี้ยงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายใน Signal Transmitter Output โดย Signal ของ Transmitter แบบนี้เป็นสัญญาณ 4 - 20 mA เท่านั้น ข้อดีของ Transmitter แบบนี้ คือ ประหยัดสายในการติดตั้ง
 
4-Wire Signal Transmitter
            Signal Transmitter แบบนี้ ใช้สายสัญญาณ 2 เส้นและสาย Power Supply อีก 2 เส้นแยกกันสัญญาณ Output ของ 4-Wire Signal Transmitter มีทั้งที่เป็นสัญญาณกระแสไฟฟ้ามาตรฐาน และสัญญาณแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน สัญญาณจะแตกต่างกันดังรูปที่ 5 และ 6
 
รูปที่ 4 การต่อวงจร 2-Wire Signal Transmitter
รูปที่ 5 สัญญาณ Output เป็นแบบกระแส
รูปที่ 6 สัญญาณ Output เป็นแรงดัน