הכל על משדרי לחץ עם 4-20mA

מהו משדר לחץ 4-20mA?

משדר לחץ עם פלט של 4-20mA הוא מכשיר למדידת לחץ המשמש במפעלים או במקומות אחרים, אשר משנה את ערך קריאות הלחץ לאות זרם חשמלי שנע בין 4 ל-20 מיליאמפר. אות אנלוגי זה (השונה ממשדרי לחץ בעלי פלט דיגיטלי ) מציג את הלחץ הנמדד באופן פרופורציונלי לערך הנמדד בפועל. לדוגמה, 4mA פירושו בדרך כלל שאין לחץ (0 psi) או הלחץ הנמוך ביותר, ו-20mA פירושו הלחץ הגבוה ביותר שמתמר הלחץ יכול להתמודד איתו (או הערך הגבוה ביותר שהמשתמש רוצה להשתמש בו). פלט אנלוגי סטנדרטי זה פירושו שמשדרי לחץ של 4-20mA יכולים לעבוד עם כל בקר לוגי מתוכנת (PLC), מערכת בקרה מבוזרת (DCS) או מערכת רכישת נתונים בכל תעשייה, דבר השונה למדי ממד לחץ מכני, שבדרך כלל אינו יכול לקבל פלטים אנלוגיים ממדים אלה.
תקן 4-20mA הפך לחלק החשוב ביותר במכשור תעשייתי בשל יתרונותיו הרבים. אותות זרם 4-20mA אינם מושפעים מירידות מתח המתרחשות כאשר חוטי החיבור ארוכים מאוד. זה שונה מתמר לחץ של אותות מתח (כגון 0-5V DC). כמו כן, איפוס חי ב-4mA מאפשר למפעילי המערכת להבחין בהבדל בין קריאת אפס אמיתית לבין חוט שבור או משדר כושל, אשר יראה 0mA. תכונת אבחון זו הופכת את מתמרי הלחץ 4-20mA לחיוניים לשימושים קריטיים לבטיחות בנפט וגז, טיפול במים, תרופות ומפעלי ייצור.

למה אנחנו אוהבים להשתמש במשדרי לחץ של מתמרים בלולאה של 4-20mA?

מהנדסים משתמשים במתמרי לחץ של 4-20mA מכיוון שיש להם יתרונות תפעוליים וכלכליים רבים. ראשית, חיישני לחץ אנלוגיים אלה מאפשרים למפעלים שונים לנטר לחץ (או לחץ שלילי, לחץ דיפרנציאלי, לחץ מורכב או לחץ ואקום) בזמן אמת, מה שמאפשר לטכנאי מכשור במפעל לבצע תחזוקה חזויה ולמנוע כשלים יקרים בציוד וזמן השבתה לא מתוכנן. ביישומים רבים לבקרת תהליכים, שמירה על רמות לחץ או DP נכונות מבטיחה שקו הייצור תקין, שהמוצרים המיוצרים יהיו ללא פגמים, שצריכת האנרגיה נמוכה ככל האפשר, ושכל הכללים נשמרים.

במפעלים מודרניים של ימינו, מכשירי שטח רבים צריכים להיות מסוגלים להתמודד עם תנאים קשים כמו טמפרטורות קיצוניות, לחץ גבוה, רעידות, הפרעות אלקטרומגנטיות ומדיה קורוזיבית. עיצוב מתמר הלחץ 4-20mA פותר בעיות אלו באמצעות שימוש בחומרים רטובים נוגדי קורוזיה כמו נירוסטה, טנטלום, סגסוגת הסטלוי, אלקטרוניקה אטומה הרמטית ומחברים ברמה תעשייתית (כגון מתמר לחץ צולל 4-20ma IP65, IP67 או אפילו IP68). טופולוגיית לולאת הזרם מגנה גם מפני רעש טוב יותר ממערכות מבוססות מתח, כך שהאותות נשארים ברורים גם בסביבות תעשייתיות שבהן יש הרבה רעש חשמלי.

כמו כן, מכיוון שקל להתקין מתמר לחץ בלולאה של 4-20ma, הזמן שלוקח להקים אותו ועלות התחזוקה נמוכים יותר. חיישני לחץ סטנדרטיים בעלי שני חוטים זקוקים רק לספק כוח ולמכשיר עצמו. אותם שני חוטים נושאים גם חשמל וגם אות. פשטות זו פירושה שעלויות ההתקנה נמוכות יותר, החיווט פחות מסובך מאשר מכשירי שדה בעלי 3 או 4 חוטים, וגם קל הרבה יותר לבצע פתרון בעיות כשהן קורות.

כיצד פועלים התקני לולאה של מתמרי לחץ 4-20mA

רוב התקני מתמרי הלחץ 4-20mA משתמשים בטכנולוגיות חישה מסיליקון מונוקריסטלי קיבולי או פיאזורזיסטיבית. כאשר לחץ מכופף את הסרעפת, חיישני לחץ פיאזורזיסטיבית משתמשים בסרעפת סיליקון עם מדי מאמץ שמשנים את ההתנגדות. השינוי בהתנגדות הופך לפלט אנלוגי מדויק של זרם 4-20mA הקשור ישירות ללחץ או ל-DP המופעל. טכנולוגיית מדידת לחץ זו מדויקת מאוד, בדרך כלל בטווח של ±0.25% מהקנה מידה המלא או יכולה להשיג דיוק טוב יותר. יש לה גם יציבות טמפרטורה טובה וזמני תגובה מהירים, מה שהופך אותה למצוינת למדידת לחץ דינמי.

רעיון נפוץ נוסף במתמרי לחץ של 4-20 מיליאמפר הוא טכנולוגיית חישה קיבולית. חיישני לחץ אלה מודדים כיצד הקיבול משתנה בין אטם דיאפרגמה שחש לחץ לבין אלקטרודה קבועה. חיישנים קיבוליים מצוינים במדידת לחצים נמוכים כמו 1 קילו פסקל או 5 psi בדיוק גבוה ונשארים יציבים לאורך זמן. הם גם עובדים טוב יותר במצבים בהם יש לחץ סטטי רב מדי, מה שהופך אותם למושלמים לשימושים בהם מתרחשים קפיצות לחץ מדי פעם.

משדר לחץ דיפרנציאלי 4-20mA

משדר לחץ דיפרנציאלי בעל יציאות 4-20mA מודדים את הפרש הלחץ בין שני חיבורי תהליך. הם משמשים לעתים קרובות למדידת זרימה, בדיקת המסנן ומדידת המפלס במיכלים סגורים. משדרים ייעודיים אלה משתמשים בשני רכיבי חישה או ברכיב אחד עם יציאות נפרדות ללחץ גבוה ונמוך כדי לחשב את ההפרש ולשלוח אות 4-20mA פרופורציונלי להפרש.

יתרונות משדר לחץ 4-20mA עם תצוגה

משדר לחץ 4-20mA עם תצוגה משלב פלט אנלוגי מסורתי עם קריאה דיגיטלית מקומית, מה שמקל על השימוש בו. התצוגה המובנית מאפשרת לטכנאים לבדוק מדידות ישירות באתר ההתקנה מבלי להזדקק לכלי אבחון נוספים. תכונה זו נוחה מאוד לטכנאי מכשור במהלך הפעלה, איתור תקלות ותחזוקה שוטפת מכיוון שהיא מקצרת את הזמן שלוקח למצוא בעיות בתהליך.

ברוב המקרים, משדרי לחץ או DP מתקדמים אלה כוללים מסכי LCD או LED המציגים ערכי לחץ ביחידות הנדסיות כמו PSI, בר, מגה פסקל, mmH2O, kPa או יחידות לחץ מותאמות אישית. לרוב מתמרי הלחץ בעלי התצוגה הדיגיטלית יש תצורת לחצן המאפשרת לטכנאים לשנות את הריסון, קיזוז האפס והטווח בשטח מבלי לנתק את המכשיר. לחלק ממשדרי הלחץ החדשים של 4-20mA עם תצוגות יש גם תכונות אבחון המציגות את הערכים המינימליים והמקסימליים שתועדו, את מצב האזעקות וקודי שגיאה המזרזים את פתרון הבעיות.

התצוגה האלקטרונית של מתמר הלחץ שימושית במיוחד במקומות שקשה להגיע אליהם או שקטים מדי מכדי להכיל תצוגת מערכת בקרה. מפעילים יכולים לבדוק דברים במהירות ויזואלית במהלך סבבים, ולאתר בעיות באופן מיידי מבלי לחזור לחדרי הבקרה או להשתמש במכשירי תקשורת ניידים.

טווחי לחץ נפוצים: 4–20mA 0–10 בר ומעלה עבור משדרי לחץ

טווחי לחצים שונים נדרשים עבור שימושים תעשייתיים שונים. לדוגמה, משדר לחץ 4-20mA 0-10 בר (כ-0-145 PSI) הוא אחד הנפוצים ביותר עבור תהליכים תעשייתיים כלליים, מערכות אוויר דחוס ומעגלים הידראוליים. לחץ של 10 בר עובד היטב גם עבור יישומי קיטור בלחץ נמוך רבים, רשתות חלוקת מים ומערכות פנאומטיות. עם זאת, ניקח רק דוגמה עבור 10 בר, אנו מספקים גם לחץ של 100 psi, 200 psi, 10Mpa או מקסימום 700 בר. רוב יצרני חיישני הלחץ בסין מוכרים משדרי לחץ חדשים אלה או DP עם סוגים שונים של חיבורי לחץ, כגון הברגות NPT 1/2 אינץ', הברגות G, חיבורי Tri-Clamp וחיבורי Flanged, כך שהם יכולים לעבוד עם מערכות צנרת שונות.

משדרי לחץ 0-100 PSI (בסביבות 0-7 בר) פופולריים באותה מידה ונמצאים בשימוש נפוץ. הם עובדים עם הגדרות לחץ נפוצות במערכות HVAC, ניטור משאבות ובקרת מדחסים. מערכות הידראוליות, יישומי גז בלחץ גבוה ומכונות הזרקה - כולן משתמשות בטווחי לחץ גבוהים יותר כמו 0-1000 PSI או 0-6000 PSI. היתרון הגדול בטכנולוגיית מתמר לחץ סטנדרטית של 4-20ma הוא שאות הפלט נשאר זהה ללא קשר לטווח הלחץ. זה מקל על שילוב מערכות והחלפת מכשירים.

משדרי ואקום ולחץ מורכב מוסיפים את היכולת למדוד גם לחץ ואקום וגם לחץ חיובי, דבר שחשוב עבור מערכות קירור, עמודות זיקוק ואריזות ואקום. מכשירי מדידת לחץ ייעודיים אלה יכולים גם לשמור על אותה תפוקת זרם של 4-20mA בעת מדידת טווחי לחץ כמו -1 עד +3 בר או -14.7 עד +15 PSI או -5000 עד +5000 mmWG לגילוי לחץ מורכב.

יישומים נפוצים עבור מתמרי לחץ בלולאה 4-20mA: ניטור לחץ מים, שמן וקיטור

משדר לחץ מים 4-20mA

משדר לחץ מים עם לולאה של 4-20mA מציע יישומים רבים ורחבים במתקני טיהור מים עירוניים, רשתות חלוקה, מערכות השקיה ומערכות אוטומציה של מבנים. מתמרי לחץ מים 4-20mA אלה עוקבים אחר הלחצים ביציאת המשאבה, במערכת הסינון ובקו החלוקה כדי לוודא שהמים מסופקים תמיד ושנזילות נמצאות. הם מנהלים מחזורי שטיפה חוזרת, מוודאים שכמות הכימיקלים הנכונה משמשת ומונעים מהתייבשות של משאבות במתקני טיהור מים. כדי לשמור על ניקיון תוך שמירה על מערכות ניקוי במקום (CIP) וקווי העברת מוצרים, תעשיות המזון והמשקאות משתמשות במשדרי לחץ מים ברמה סניטרית העשויים מפלדת אל-חלד מלוטשת וחיבורי Tri-Clamp.

משדרי לחץ שמן עם יציאה של 4-20mA

משדרי לחץ שמן בעלי פלט זרם 4-20mA הם חלקים חשובים במערכות הידראוליות, מעגלי סיכה ומפעלי עיבוד נפט. חיישני לחץ אלה מגנים על חלקים הידראוליים יקרים בציוד נייד ובמכונות ייצור על ידי ניטור לחץ המערכת והפעלת אזעקות כאשר הוא עולה על רמות בטוחות או מתחת לרמות מינימליות, מה שעלול להוביל לכשל במשאבה או לדליפה. משדרי לחץ שמן העשויים מחומרים מפלדת אל-חלד שאינם מתפרקים בחשיפה לפחמימנים משמשים בבתי זיקוק ובמפעלים פטרוכימיים למדידת לחצים בצינורות נפט גולמי, עמודות זיקוק וחוות מיכלי אחסון מוצרים. משדרי לחץ שמן משמשים ביישומי בדיקות ימיים, ייצור חשמל ורכב כדי לוודא שלחץ הסיכה גבוה מספיק כדי למנוע נזק חמור לציוד.

משדרי לחץ בלולאת קיטור 4-20mA

משדרי לחץ קיטור חיוניים מאוד לייצור חשמל, עיבוד כימיקלים, עיקור מזון וחימום שכונות שלמות. חיישני לחץ בטמפרטורה גבוהה אלה יכולים להתמודד עם טמפרטורות קיטור מעל 200 מעלות צלזיוס (400 מעלות פרנהייט) מכיוון שיש להם עיצוב מיוחד כמו גופי קירור, אטמים מרוחקים או מערכות נימיות ששומרות על אלקטרוניקה רגישה מפני חום קיצוני. כדי לשמור על לחצי הפעלה נכונים, מערכות בקרת דוודים משתמשות במשדרי לחץ קיטור. זה שומר על דברים בטוחים ויעילים ומונע מצבי לחץ יתר מסוכנים. מפעלי ייצור של מכשור תרופות ומכשור רפואי משתמשים במשדרי לחץ קיטור באוטוקלאבים ובציוד עיקור. מכשירים אלה מבטיחים שהלחץ תמיד יהיה בדיוק נכון, מה שמבטיח שמחזורי העיקור יעילים ועומדים בתקני הבטיחות שנקבעו על ידי הממשלה.

מה לדעת על מחירו של משדר לחץ 4-20mA

מחירי משדרי לחץ 4-20mA יכולים להיות שונים מאוד בהתאם לתכונותיהם, עקרונותיהם, מפרטיםיהם, דיוקם ורמות האיכות שלהם. חברות שונות מייצרות משדרי לחץ בסיסיים 4-20mA בפחות מ-100 דולר. אלה בדרך כלל בעלי תכונות בסיסיות והם מדויקים מספיק לשימושים שאינם קריטיים. חיישני לחץ אלה במחירים נוחים וזולים, שעולים 100 דולר, בדרך כלל ללא תצוגת קריאה אלקטרונית ופרוטוקול HART, טווחי לחץ מוגבלים ותכונות בסיסיות.

למשדרי לחץ או DP יש פונקציות טובות יותר, שעולים בין 100 ל-300 דולר, הם מדויקים יותר (±0.5% עד ±0.25%), עשויים מפלדת אל-חלד, עם מאפיינים דיגיטליים.

תצוגה לקריאה ישירה או תצורות, יכולה לעבוד בטווח רחב יותר של טמפרטורות ודירוג לחץ סטטי, והם יציבים יותר לאורך זמן. מתמרים אלה פועלים היטב ברוב המסגרות התעשייתיות שבהן דיוק ואמינות חשובים אך תנאים קיצוניים אינם קיימים. משדרים פרימיום שעולים יותר מ-300 דולר מציעים דיוק טוב יותר (±0.1% או טוב יותר מ-0.075%), אישורים לאזורים מסוכנים (מאושר ATEX), אבחון מתקדם וחומרי בניין שניתן להשתמש בהם בסביבות קורוזיביות או סניטריות.

מחיר משדר הלחץ 4-20mA כולל גם אישורים ואישורים. מכשירים שאושרו לאטמוספרות נפיצות (ATEX, IECEx, CSA), יישומים סניטריים (3-A, EHEDG) או הנחיות ציוד לחץ עולים יותר מכיוון שהם צריכים לעבור הרבה בדיקות וניירת. כשאתם בוחנים משדרי לחץ חדשים 4-20mA, אל תסתכלו רק על מחיר הרכישה הראשוני. במקום זאת, התבוננו בעלות הבעלות הכוללת, הכוללת התקנה, כיול ותחזוקה. הסיבה לכך היא שמכשירים איכותיים יותר מעניקים לכם לעתים קרובות ערך טוב יותר לטווח ארוך על ידי פחות כשלים ומרווחי כיול ארוכים יותר.

5 שאלות נפוצות לגבי משדר לחץ 4-20mA (שאלות נפוצות)

1. מה ההבדל בין מתמר לחץ למשדר לחץ?

ישנם הבדלים קטנים בין שני המונחים, למרות שלעתים קרובות משתמשים בהם לסירוגין. מתמר לחץ 4-20mA הופך לחץ לאות חשמלי. משדר לחץ, לעומת זאת, מכיל מעגלים נוספים שמתאימים את האות כדי להפוך אותו לחזק ועקבי יותר ב-4-20mA. שני המכשירים עושים את אותו הדבר בתעשייה: הם מודדים לחץ ומספקים פלט זרם סטנדרטי שמערכות בקרה יכולות לקרוא. תקן 4-20mA הוא התקן בתעשייה עבור יישומי בקרת תהליכים מכיוון שהוא עובד עם כמעט כל מערכות הבקרים והשליטה בתהליכים (DCS).

2. האם מותר להשתמש במשדר לחץ שעולה פחות מ-100 דולר למטרות תעשייתיות?

משדרי לחץ זולים של **4-20mA** בפחות מ-$100** יכולים לשמש לניטור שאינו חשוב במיוחד, לבית ספר, או להתקנות לטווח קצר. עם זאת, עבור תהליכים תעשייתיים חשובים הדורשים דיוק גבוה, אמינות לטווח ארוך ועמידה בדרישות בטיחות, עדיף לקנות משדרים בטווח בינוני או יוקרתיים. מכשירים טובים יותר מדויקים יותר (±0.25% או יותר), שומרים על הטמפרטורה שלהם טוב יותר, בנויים להחזיק מעמד עם מעטפת נירוסטה, ויש להם את האישורים הנדרשים לאזורים מסוכנים. חשבו על עלות הבעלות הכוללת. משדר זול שמתקלקל יכול לעלות הרבה יותר בזמן ובמוצרים אבודים מאשר הכסף שחסכתם כשקניתם אותו.

3. מתי אני מקבל משדר לחץ של 4–20mA עם תצוגה?

משדר לחץ בלולאה עם צג קריאה דיגיטלי מועיל מאוד לתחזוקה ופתרון תקלות. התצוגה המובנית מאפשרת לטכנאים לבדוק ערכי מדידת לחץ ממש בשטח מבלי להתקשות לחבר כלי אבחון או להגיע לחדר הבקרה כדי לבדוק את הבעיה. צג ה-LCD שימושי גם בעת הפעלת חיישנים, ביצוע בדיקות תקופתיות או ניסיון לבדוק ולתקן משהו. מתמרים רבים עם צגים מאפשרים לך גם לשנות הגדרות בשטח בלחיצת מקש, להציג מידע אבחוני כמו ערכי לחץ מינימליים/מקסימליים, ולהראות מצב אזעקה או לבצע כוונון אפס. משדרי לחץ מסוג תצוגה מקומית יכולים לחסוך הרבה זמן ולהפוך את הפעולות ליעילות יותר במקומות שבהם קשה להגיע לתצוגות מערכת הבקרה, כמו התקנות מרוחקות או חללים קטנים.

4. איזה טווח לחץ עליי לבחור לשימוש שלי?

הטווח הנפוץ ביותר הוא משדר לחץ 4-20mA 0-10 בר (0-145 PSI), המתאים לרוב התהליכים התעשייתיים, מערכות אוויר דחוס ורשתות חלוקת מים. בחרו משדר עם טווח מלא שהוא פי 1.5 עד 2 מהלחץ המקסימלי הצפוי עבור שימושים ספציפיים. זה ייתן לכם מעט בטיחות נוספת. במערכות עירוניות, משדרי לחץ מים פועלים בדרך כלל בטווח 0-10 בר או 0-100 PSI. במערכות הידראוליות, משדרי לחץ שמן עשויים להזדקק לעבוד בטווח 0-250 בר (0-3600 PSI) או גבוה יותר. **משדרי לחץ קיטור בדרך כלל צריכים להיות מסוגלים לעבוד בטמפרטורות גבוהות ובעלי טווחי לחץ התואמים את התנאים בדוד. עבור קיטור בלחץ נמוך, זה בדרך כלל 0-16 בר (0-232 PSI), ועבור תהליכים תעשייתיים, זה בדרך כלל גבוה יותר.

5. איך אני יכול להבין מהו מחיר הוגן עבור משדר לחץ 4-20mA?

מחירו של משדר לחץ 4-20mA תלוי במספר דברים, כגון מידת הדיוק שלו, החומרים מהם הוא עשוי, אילו אישורים יש לו ואילו תכונות נוספות יש לו. דגמים בסיסיים שעולים פחות מ-100 דולר טובים למשימות בסיסיות שאינן חשובות במיוחד. משדרים בטווח בינוני (100-300 דולר) בעלי ביצועים ברמה תעשייתית עם דיוק של ±0.25-0.5%, עשויים מפלדת אל-חלד והם יציבים לאורך זמן, מה שהופך אותם לטובים לרוב השימושים. משדרים פרימיום (בעלי עלות של יותר מ-300 דולר) בעלי דיוק טוב יותר (±0.1%), אישורים לאזורים מסוכנים (ATEX, CSA), אישורים לשימוש סניטרי (3-A, EHEDG) ואבחון מתקדם. כשאתם בוחנים משדרי לחץ חדשים 4-20mA, אל תסתכלו רק על מחיר הרכישה הראשוני. במקום זאת, חשבו על עלות הבעלות הכוללת, הכוללת כמה קשה להתקין אותם, באיזו תדירות יש לכייל אותם, כמה זמן הם צפויים להחזיק מעמד וכמה זמן השבתה הם עלולים לגרום. למרות שזה עולה יותר בהתחלה, משדר אמין ומדויק לרוב שווה יותר בטווח הארוך.