משדר הטמפרטורה הוא מכשיר אלקטרוני בשימוש נרחב בתחום בקרת תהליכים תעשייתיים. תפקיד הליבה שלו הוא להמיר את האותות החלשים שזוהו על ידי חיישני טמפרטורה (כגון צמדים תרמיים, נגדים תרמיים RTDS או תרמיסטורים) לאותות תהליך תעשייתיים סטנדרטיים (הנפוץ ביותר הוא אותות זרם 4-20mA DC או אותות דיגיטליים), ולאחר מכן להעביר את האות הזה לתצוגה של מכשירים, בקרים, מערכות רכישת נתונים או מפעילים הממוקמים במרחק של חדר הבקרה.
ניתן לסכם את עקרון העבודה של משדר טמפרטורה לשלבים המרכזיים הבאים:
תפיסת טמפרטורה ויצירת אות גולמי:
חיישן טמפרטורה (בדרך כלל צמד תרמי או נגד תרמי כגון Pt100) בא במגע ישיר עם המדיום הנמדד כדי לחוש את שינויי הטמפרטורה שלו.
צמד תרמי (T/C): בהתבסס על אפקט Seebeck, כאשר יש הבדל טמפרטורה בין שתי מתכות שונות בקצה המדידה (הקצה החם) ובקצה הייחוס (הקצה הקר), יווצר במעגל פוטנציאל תרמו-אלקטרי (אות מתח רמת-מיליוולט, mV) פרופורציונלי להפרש הטמפרטורה.
התנגדות תרמית (RTD): כגון Pt100, המבוססת על התכונה הפיזית שערך ההתנגדות של מוליך המתכת גדל עם עליית הטמפרטורה (מקדם טמפרטורה חיובי). שינויי טמפרטורה גורמים לשינוי ערך ההתנגדות שלו (לדוגמה, הוא 100Ω ב-0 מעלות).
תרמיסטורים: בהתבסס על המאפיין שערך ההתנגדות של חומרים מוליכים למחצה משתנה באופן משמעותי עם הטמפרטורה, הם מסווגים לסוגים של מקדם טמפרטורה שלילי (NTC) ומקדם טמפרטורה חיובי (PTC).
מיזוג אותות (שלב מפתח):
הגברה: האות המקורי שנוצר על ידי החיישן (שינויי מתח או התנגדות ברמת MV{{0}) חלש ביותר. המעגל האלקטרוני בתוך המשדר מגביר אותו תחילה באופן ליניארי לרמה סטנדרטית המתאימה לעיבוד שלאחר מכן.
פיצוי קצה קר (עבור צמדים תרמיים): הפוטנציאל התרמו-אלקטרי שנוצר על ידי צמד תרמי הוא פונקציה של הפרש הטמפרטורה בין הקצה החם לקצה הקר (קצה הייחוס, ממוקם בדרך כלל במסוף הפנימי של המשדר). כדי לקבל טמפרטורה מדודה מדויקת (ביחס ל-0 מעלות), המשדר צריך למדוד את הטמפרטורה בפועל במסוף שלו (טמפרטורת הקצה הקר), לחשב את הפוטנציאל התרמו-אלקטרי שיש לפצות על סמך טמפרטורה זו, ולהרכיב אותו (או תהליך שווה ערך) על האות המקורי, ובכך לבטל את השגיאה הנגרמת מהשינוי בטמפרטורת הקצה הקר.
ליניאריזציה: קשר הפוטנציאל/ההתנגדות התרמו-אלקטרי-טמפרטורות בין צמדים תרמיים לבין נגדים תרמיים אינו קו ישר מושלם, אך יש לו מידה מסוימת של אי-לינאריות. המשדר בדרך כלל מאחסן את עקומת הליניאריזציה המתאימה לסוג החיישן שבתוכו (או מחשב אותה באמצעות נוסחה). האות המוגבר/מפוצה עובר ליניאריזציה כדי לייצג באופן ישיר ולינארי את ערך הטמפרטורה הנמדדת.
סינון-נמוך: הוא מסיר רעש- בתדר גבוה שעשוי להיות קיים באות (כגון הפרעות אלקטרומגנטיות, הפרעות רטט וכו') כדי לשפר את היציבות והדיוק של האות.
המרת אותות
המר את האות האנלוגי (מתח) שעבר תנאי (הגבר, פיצוי, ליניארי, מסונן) ומייצג במדויק את הטמפרטורה הנמדדת לאות פלט סטנדרטי תעשייתי.
אות המוצא הנפוץ ביותר הוא אות הזרם של 4-20mA: אות הזרם המומר זורם דרך הלולאה. טמפרטורת אפס או הגבול התחתון של הטווח מתאימים בדרך כלל ל-4mA, והטמפרטורה בקנה מידה מלא תואמת ל-20mA. למה 4-20mA?
4mA אפס היסט: זה יכול להבחין בנוחות בין אותות נמוכים יעילים באמת (4mA) לבין תקלות קו ניתוק חיישנים (0mA).
אנטי--הפרעות חזקות: בהשוואה לאותות מתח, אותות זרם אינם רגישים לשינויים בהתנגדות החוטים וירידות מתח במהלך שידור- למרחקים ארוכים, והם נוטים פחות להיות מופרעים מרעש אלקטרומגנטי.
ספק כוח דו-: משדרים רבים מאמצים עיצוב דו-תיל, כלומר הם מספקים חשמל ומשדרים אותות זרם בו זמנית דרך שני חוטים. הערך המינימלי של 4mA מבטיח את דרישת זרם ההפעלה המינימלי של המשדר עצמו (המכונה בדרך כלל "נקודת האפס הפעילה").
העברת אותות
האות הסטנדרטי המומר (כגון 4-20mA) מועבר לקצה המרוחק באמצעות חוטים. בשל המאפיינים הסטנדרטיים שלו, חדרי בקרה או PLCS וציוד אחר יכולים לקבל ישירות ולעבד אות זה עבור:
הצג את ערך הטמפרטורה (על טבלת הפאנל, עמדת מפעיל DCS/SCADA).
קלט לבקר (כגון בקר PID) לפעולות לוגיות וויסות.
מאוחסן במסד הנתונים ההיסטורי או משמש לשיפוט אזעקה.
הניע את המפעיל (אם נדרשת בקרה מבוססת טמפרטורה-).
