اصفهان - خیابان طیب - خیابان میرداماد
۳۲۲۳۰۶۹۰ ۰۳۱ - ۳۲۲۰۰۳۵۷ ۰۳۱
ترانسدیوسر (Transduce) یا مبدل چیست؟
در ابتدا می‌خواهیم توضیح دهیم که چرا به مبدل یا ترانسدیوسر نیاز داریم؟ به‌طورکلی کاربرد آن چیست؟ و چرا باید در صنایع مختلف از آن استفاده کرد؟ برای درک بهتر مفهوم و کاربرد ترانسدیوسر باید نگاهی کوتاه به گذشته داشته باشیم و درنهایت به این سؤال پاسخ بدهیم که چرا به ترانسدیوسر یا مبدل نیازمندیم.
به‌راحتی می‌توان بیان کرد که اولین وسیله یا دستگاهی که برای اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی و غیرفیزیکی استفاده می‌شود سنسورها هستند. متناسب با هر کاربردی سنسورهای مختلفی وجود دارد. سنسور در واقع حسگری است که متناسب با کاربردش استفاده می‌گردد تا کمیت موردنیاز ما را حس کند. می‌توان انسان را نوعی سنسور همه‌کاره نام برد که فقط می‌تواند حس و کمیت‌های پیرامون را بررسی نماید. اما قادر به نمایش و تبدیل آن به کمیت فیزیکی یا غیرفیزیکی نیست.
سؤال پیش می‌آید که چطور انسان می‌تواند نوعی سنسور همه‌کاره باشد. ما می‌توانیم گرم یا سرد بودن را با تماس مستقیم و یا با فاصله کمی حس کنیم یا نرم و زبر بودن اجسام را بررسی نماییم. صدا را گوش دهیم و بو را حس کرده و موارد دیگری که ما انسان‌ها می‌توانیم حس کنیم.
یکی از ساده‌ترین و قدیمی‌ترین سنسور ساخته دست بشر را می‌توان سنسور دما نامید، سنسورهای دمای جیوه‌ای به‌راحتی به ما میزان گرمای محیط را اطلاع می‌دادند، نحوه قرائت این سنسورهای ساده به‌صورت چشمی بود و در یک نگاه می‌توانستیم باتوجه‌به اعداد درج شده بروی دماسنج مقدار دمای محیط را متوجه شویم.
درگذشته بسیاری از کمیت‌های موردنیاز در صنایع مختلف با دستگاه‌های ابتدایی و به‌وسیله انسان اندازه‌گیری می‌شد که با آزمون‌وخطا کار می‌کرد و مایحتاج مردم آن زمان را تولید می‌نمود. این روال ظاهراً خوب به نظر می‌رسید، اما دقیقاً این‌گونه نبود و خطاهای زیادی می‌کرد. چرا که عامل کنترلی، انسان بود و انسان نیز به‌سادگی اشتباه می‌کرد و اندازه‌گیری‌ها دقت لازم را نداشت.
اما با افزایش جمعیت و نیاز بیشتر به محصولات و مایحتاج زندگی دیگر با استفاده از نیروی انسانی امکان‌پذیر نبود. می‌بایست تغییراتی در تولید و روش‌های آن صورت می‌گرفت. برای اینکه خطا کاهش یابد و کیفیت محصولات تولیدی افزایش پیدا کند. نیازمند به وسایل و تجهیزاتی بود تا به‌راحتی جایگزین انسان گردد.
برای اینکه بتوانیم اطلاعات و کمیت‌های موردنیاز را از سنسورها دریافت کنیم نیازمند به وسایل و تجهیزاتی هستیم تا اطلاعات به‌دست‌آمده را پردازش کرده و آن را به کمیت یا سیگنال استاندارد تبدیل نماید. به‌راحتی می‌توان گفت ترانسدیوسرها یا مبدل‌ها از جمله همین تجهیزات تبدیل‌کننده اطلاعات به کمیت الکتریکی می‌باشند.
با پیدایش دستگاه‌های کنترلی، فهماندن تمام کمیت‌های فیزیکی به ماشین‌آلات و دستگاه‌های کامپیوتری کاری دشوار بود. انسان برای استفاده از این تجهیزات مجبور شد تا تصمیم گرفته و استانداردی را تدوین نمایند.
باید تمام کمیت‌های اندازه‌گیری شده توسط سنسورها به سیگنال‌های استاندارد الکتریکی تبدیل می‌شد تا برای دستگاه‌های کنترلی و نمایشگرها قابل‌استفاده باشند که در نهایت همین مسئله سبب ظهور و پیدایش ترانسدیوسر و مبدل‌ها گردید. با ظهور ترانسدیوسر دغدغه مهم تجهیزات و دستگاه‌های دیجیتال که نمی‌توانستند با کمیت‌های آنالوگ تعامل داشته و سازگار باشند حل شد.
بدین ترتیب ترانسدیوسر یا مبدل توانست به‌سادگی هرکدام از کمیت‌های الکتریکی، شیمیایی، مکانیکی، گرمایی، نوری، مغناطیسی و… را از سنسور مربوطه دریافت و به یک سیگنال الکتریکی قابل‌فهم و طبق پروتکل‌های استاندارد تعریف شده به نام‌های ولتاژ، جریان و یا مقاومت تبدیل نماید. لازم به ذکر است ترانسدیوسرهایی هم وجود دارد که خروجی‌های استاندارد دیگری مانند RS232 – RS485 و … دارند.
در نهایت مبدل‌ها برای انجام امور محاسباتی و تحلیلی سیگنال‌های دریافتی را در اختیار دستگاه‌های کنترلی اعم از PLC ها – نرم افزارهای مانیتورینگ و نمایشگرهای دیجیتال قرار می دهد. امروزه در صنایع کاربرد وسیع ترانسدیوسرها در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، برق، فولاد، سیمان، مهندسی پزشکی، داروسازی و رباتیک و … اجتناب‌ناپذیر است. به‌راحتی می‌توان برای اتوماسیون ماشین‌آلات و دستگاه‌های صنعتی از آن استفاده فراوان کرد.
برای مثال اگر یک سنسور دما را به یک ترانسدیوسر متصل نماییم، سنسور، دما را اندازه گرفته و به مبدل یا همان ترانسدیوسر تحویل می‌دهد، سپس مبدل آن را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد و قابل ارسال تبدیل می‌نماید. بنابراین همواره خروجی مبدل سیگنال الکتریکی ولتاژی یا جریان و هر داده استانداردی بوده که در سمت دیگر می‌تواند به یکی از تجهیزات مهم در سیستم‌های برق و اتوماسیون صنعتی مانند نمایشگرها، HMI، کنترل‌کننده‌های صنعتی، سیستم‌های PLC و نرم‌افزارهای مانیتورینگ مانند اسکادا SCADA متصل باشد.
مثالی دیگر اگر یک سنسور فشار داشته باشیم: سنسور فشار پارامتر موردنیاز را اندازه‌گیری کرده و مقدار تعیین شده را به ترانسدیوسر تحویل می‌دهد، سپس ترانسدیوسر آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل‌درک برای کنترلرها و البته قابل ارسال به سیم خروجی یا با ارسال دیتا تبدیل می‌کند. می‌توان گفت معمول‌ترین کمیت‌های اندازه‌گیری شده توسط ترانسدیوسرها؛ موقعیت، نیرو، سرعت، شتاب، فشار، سطح مایعات، جریان الکتریکی و درجه حرارت هستند.
نحوه عملکرد ترانسدیوسر یا مبدل
همان‌طور که قبلاً بیان شد، ترانسدیوسر کمیت یا سیگنال دریافتی از سنسور را به کمیت الکتریکی استاندارد و قابل‌فهم، برای تجهیزات کنترلی و نمایشگرهای صنعتی، تبدیل می‌نماید. به‌طورکلی به نسبت تغییرات کمیت فیزیکی ورودی ترانسدیوسر، خروجی آن هم تغییر می‌کند. کمیت الکتریکی استاندارد خروجی ترانسدیوسرها ولتاژی و جریانی یا ارسال دیتا می‌باشد.
استانداردهای ولتاژ = ۰ تا ۱ ولت – ۰ تا ۵ ولت و همچنین ۰ تا ۱۰ ولت که کاربرد بیشتری دارد.
استانداردهای جریان = ۰ تا ۱۰ میلی‌آمپر – ۲ تا ۱۰ میلی‌آمپر – ۰ تا ۲۰ میلی‌آمپر و ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر که نسبت به سیگنال خروجی قبلی کاربرد زیادی دارد. خروجی‌های جریان نویزپذیری کمتری نسبت به خروجی ولتاژ داشته و برای مسافت طولانی‌تری استفاده می‌گردد.
کاربرد ترانسدیوسر در صنایع
اگر بخواهیم از دید کاربرد صنعتی به ترانسدیوسر اشاره کنیم مواردی مانند؛ صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، سنگ، فولاد، سیمان، ریخته‌گری، داروسازی، نیروگاهی، غذایی، مهندسی پزشکی و … از مهم‌ترین مکان‌هایی خواهند بود که در آنها از ترانسدیوسر، زیاد استفاده می‌شود. شاید این حجم کاربرد ترانسدیوسر برای اغلب افراد قابل‌باور نباشد اما به‌هرحال سنسورها و مبدل‌های صنعتی یکی از پایه‌های اساسی در اتوماسیون صنعتی می‌باشند.
انتخاب اصولی ترانسدیوسر یا مبدل
جهت انتخاب درست ترانسدیوسر بهتر است که چک‌لیستی از مواردی که نیاز به مبدل داریم تهیه کنیم تا بتوانیم انتخاب خوب و درستی داشته باشیم. در ادامه مهم‌ترین فاکتورها در انتخاب یک ترانسدیوسر کارآمد بیان شده است:
۱ – نوع و اصول کارکرد: قبل از انتخاب مبدل باید به چک‌لیست رجوع کرده و توجه شود ترانسدیوسر انتخابی بر چه اساسی کار می‌کند. نوع ورودی و خروجی آن را در نظر بگیریم و بررسی کنیم به چه تجهیزاتی می‌خواهیم متصل شود.
۲ – دقت و حساسیت: پس از کالیبره شدن ترانسدیوسر، باید با کوچک‌ترین تغییرات عملکرد خوبی داشته باشد. تغییرات را کاملاً خطی در خروجی ظاهر کند.
۳ – سازگاری با محیط کاری: ترانسدیوسر را باید باتوجه‌به نوع و شرایط محیط صنعتی، از نظر سازگاری با دما و رطوبت انتخاب نمایید.
۴ – عدم نویز پذیری: یک ترانسدیوسر باکیفیت باید نسبت به نویزهای محیطی و سیگنال‌های ناخواسته مصون باشد. سیگنال‌های مزاحم باید کمترین تأثیر را بروی عملکرد مبدل داشته باشند.
۵ – ابعاد استاندارد: در برخی از کاربردهای خاص، به ابعاد مشخصی از ترانسدیوسر نیاز می‌باشد تا فضای کمتری را اشغال کند و به‌راحتی بر روی تابلو نصب گردد.
۶ – قابلیت نصب آسان: قابلیت نصب روی ریل‌های تابلویی را داشته و دارای ترمینال‌های جداشونده باشد.
انواع ترانسدیوسر
تعدادی از ترانسدیوسرهای عمومی و پرکاربرد
ترانسدیوسر ولتاژ: این ترانسدیوسر ولتاژ بالا (۰ تا ۵۰۰ ولت) را به‌صورت AC یا DC در ورودی دریافت و به کمیت‌های استاندارد موردنیاز تبدیل می‌کند. خروجی آن نیز کاملاً ایزوله می‌باشد.
ترانسدیوسر جریان: ترانس جریان یا CT را می‌توان نوعی سنسور جریان نام برد. به‌طورکلی ترانس جریان رنج‌های استاندارد از ۵ آمپر الی ۶۰۰۰ آمپر دارند و دارای کلاس دقت از یک‌دهم درصد تا ۳ درصد می‌باشد. کاربرد ترانس جریان، بستگی به‌دقت و جریان آن دارد که به نسبت جریان آن همواره در خروجی ترانس، جریانی معادل ۰ تا ۵ آمپر می‌باشد.
اطلاعات دریافتی از ترانس جریان به ورودی ترانسدیوسر داده می‌شود. تغییرات جریان ورودی به نسبت نوع خروجی ترانسدیوسر می‌باشد.
به‌طورکلی ترانسدیوسرها یا مبدل‌ها می‌توانند خروجی موردنظر شما را بر اساس RMS واقعی یا میانگین ورودی تأمین کنند. ترانسدیوسرها باتوجه‌به نوع کاربرد آن دسته‌بندی می‌گردد. می‌توان ترانسدیوسر با ورودی مقاومت – فرکانس – جریان – ولتاژ – دما – خازنی – توان راکتیو و اکتیو – فشار و ….را نام برد.