Bộ chuyển đổi PT100 sang 4-20mA | T120 SENECA – Ý

Bộ chuyển đổi PT100 sang 4-20mA giá rẻ

Cảm biến PT100 là một dạng cảm biến nhiệt độ dùng để đo lường nhiệt độ môi trường. Loại cảm biến PT100 sẽ có hai dạng chủ yếu, đó là dạng dây và dạng que. Đối với dạng que, thì chúng sẽ được thiết kế có một que dò và kích thước đa dạng. Còn đối với dạng dây, cũng như dạng que nhưng dây tín hiệu ngõ ra của nó sẽ dài khoảng hơn 2m. Ngoài Pt100 ra, còn có một số loại khác như PT1000, PT500, Ni500.

Đây là loại cảm biến được sử dụng phổ biến bởi vì sự đo đạc tương đối tốt hơn so với các loại cảm biến nhiệt độ. Dạng tín hiệu của cảm biến nhiệt độ khá là đặc biệt, vì tín hiệu nó dạng điện trở. Giá trị điện trở khoảng từ 0 cho đến hơn 300Ω. Tuy nhiên, không có thiết bị tự động nào có thể đọc trực tiếp những kiểu loại tín hiệu này. Vậy để có thể truyền tín hiệu từ cảm biến PT100 sang PLC hoặc các thiết bị liên quan khác thì làm thế nào?

Bộ chuyển đổi PT100 sang 4-20mA giá rẻ

Nhìn chung, tín hiệu điện tiêu chuẩn ngày nay và từ trước tới giờ chủ yếu là 0-10V hoặc 4-20mA.  Do đó, mọi thiết bị hay module công nghiệp đều thiết kế các cổng chỉ nhận những kiểu dạng tín hiệu như thế này. Tuy nhiên, các thiết bị đo lường như cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất…dạng tín hiệu của nó lại khác. Điển hình là cảm biến PT100 trong bài viết này.

Dùng để chuyển đổi cảm biến PT100

Như phần mở đầu, mình đã viết thế này: “Tín hiệu cảm biến nhiệt độ PT100 có tín hiệu dạng điện trở và cho ra giá trị khoảng từ 0 cho đến hơn 300Ω”.  Nó sẽ biến thiên theo nhiệt độ của môi trường thông qua vật liệu cảm nhận nhiệt – Platium (Bạch kim). Tín hiệu sẽ được xuất ra ở dạng 2, 3 hoặc 4 dây. Số dây ngõ ra càng nhiều sẽ tương ứng với độ chính xác càng tăng.

Từ tín hiệu điện trở thành tín hiệu 4-20mA là thế nào?

Cảm biến nhiệt độ PT100, nghĩa là ứng với 0˚C sẽ cho ra giá trị điện trở là 100Ω. Khi nhiệt độ môi trường tăng lên khoảng 200˚C, giá trị điện trở sẽ khoảng là 175Ω. Ví rằng, nhiệt độ bạn đang cần đo sẽ là từ 0 đến 200 độ C.

Vậy, tín hiệu ngõ ra tại những đầu dây điện của cảm biến sẽ có giá trị khoảng từ 100 đến 175 Ω. Mạch điện trong bộ chuyển đổi sẽ có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu này sang tín hiệu 4-20mA tuyến tính. Sự tương ứng giá trị sẽ như sau:

• 0 ˚C = 100 Ω = 4mA
• 200 ˚C = 175 Ω = 20mA

Bộ chuyển đổi PT100 sẽ phân tích những giá trị điện trở nhận được và chuyển chúng thành dạng tín hiệu tuyến tính 4-20mA. Từ đó, tín hiệu từ cảm biến PT100 sẽ có thể được đọc bởi những thiết bị tự động hóa như PLC, màn hình hiển thị HMI, bộ điều khiển động cơ bằng relay và một số thiết bị khác.

Chuyển đổi tín hiệu cảm biến Ni100

Cảm biến nhiệt độ Ni100, đây là loại cảm biến ít dùng tại thị trường Việt Nam. Nguyên do không phải là loại cảm biến kém chất lượng, chỉ vì đơn giản giải đo nhiệt độ của cảm biến khá là thấp. Nó chỉ khoảng từ -100 độ C cho đến khoảng 200 độ C.  Tương tự với PT100, cảm biến NI100 cũng cho ra giá trị 100Ω ở 0˚C. Nhưng mà vật liệu cấu tạo nên bộ phận cảm nhận được làm bằng Niken (Ni), nó không phải Platinum.

Tuy nhiên, khi chúng ta dùng cảm biến Ni100 chỉ dùng để đo nhiệt độ môi trường thấp thì độ chính xác của Ni100 tương đối cao. Thậm chí đôi khi nó có thể tốt hơn PT100.

Nhìn chung, tín hiệu của Ni100 cũng không khác PT100 là bao. Tín hiệu của nó cũng là dạng biến trở. Giá trị biến trở cũng sẽ biến theo theo nhiệt độ môi trường. Vì vậy mà chúng ta cũng phải cần thêm những bộ chuyển đổi có khả năng chuyển đổi tín hiệu Ni100 sang 4-20mA.

Nguyên lý làm việc của bộ chuyển đổi PT100

Như ở phần ví dụ trên của PT100. Bài toán là bạn đang muốn đo nhiệt độ từ 0 đến 200˚C. Thế nên, bạn sẽ dùng mộ thiết bị chuyển đổi PT100 sang 4-20mA. Vậy quá trình diễn ra như thế nào?

Ta biết rằng, nhiệt độ môi trường có thể thay đổi liên tục trong khoảng từ 0 đến 200˚C. Dẫn đến tín hiệu ngõ ra sẽ biến thiên cùng lúc. Chúng ta, sẽ có một bảng giá trị tướng ứng thế này:

Trong thuật toán được lập trình của bộ chuyển đổi tín hiệu tuyến tính 4-20mA, nó sẽ dùng cách tính “Nội suy” chứ không dùng quy tắc “Tam suất”.

Công thức tính cơ bản trong quy tắc “Nội suy” dựa vào bảng trên sẽ như thế này:

Trong đó:      Y0 là giá trị nhiệt độ tối thiểu.

                     Y4 là giá trị nhiệt độ tối đa.

                     Y1…Y3 là giá trị nhiệt độ hiện tại.

                     X0 là giá trị tín hiệu tuyến tính tối thiểu.

                     X4 là giá trị tín hiệu tuyến tính tối đa.

                     X1…X3 là giá trị tuyến tính cần đo.

Ví dụ, bạn muốn biết giá trị nhiệt độ 50 ˚C thì cho ra tín hiệu bao nhiêu ta làm như sau:

Sau khi quá trình tính toán hoàn tất, thì giá trị X thu được là 8. Vậy tín hiệu lúc 50 độ C sẽ là 8mA.

“Nội suy” là một quy tắc tính toán được sử dụng rộng rải và phổ biến nhất hiện nay. Không chỉ dùng trong những bộ chuyển đổi tín hiệu, van điện tử, cảm biến áp suất mà còn đến những máy CNC, phay…

Sử dụng nguồn “loop” để truyền tín hiệu

Nguồn “loop” là dạng ngõ ra vừa cung cấp nguồn điện cho thiết bị vừa truyền tải tín hiệu ngõ ra cho những thiết bị tự động hóa khác. Hiểu đơn giản rằng, đây là những bộ cần dùng dạng tín hiệu “Active” hoặc “Passive”. Ngày nay, nhiều bộ PLC hay các thiết bị khác được thiết kế với dạng cổng đặc biệt này. Tức là, cổng các bộ này vừa có thể cung cấp một nguồn điện cho bộ chuyển đổi PT100 và đồng thời đọc tín hiệu ngõ ra từ bộ chuyển đổi PT100.

Sự tối ưu của việc dùng nguồn “Loop” này là tối thiểu dây đẫn truyền đi, tăng khả năng truyền tín hiệu đa xa hơn và giảm một phần hiện tượng nhiễu tín hiệu đường truyền.

Cài đặt độ trễ tín hiệu qua máy tính

Chế độ trễ tín hiệu là như thế nào?

Đây là quá trình truyền tải tín hiệu bị chậm lại theo thời gian t. Nghĩa là cứ sau một khoảng thời gian t (s) thì tín hiệu mới được truyền đi.

Ưu điểm của chế độ trễ tín hiệu này là gì?

Làm tăng độ chính xác tín hiệu truyền đến các thiết bị tự động. Nguyên do môi trường đo đang có một số vấn đề làm gây nhiễu quá trình đo lường nhiệt độ. Thế nên, trường hợp ưu tiên dùng đến độ trễ tín hiệu khi bạn muốn tăng độ chính xác đường tín hiệu hoặc khu vực đo có nhiều thiết bị gây nhiễu khi đo lường.

Lắp đặt trực tiếp trong đầu củ hành

Cảm biến nhiệt độ đầu củ hành là một tên gọi khác của cảm biến nhiệt độ PT100. Đây là kiểu tên gọi do hình dáng thiết kế của nó nhìn khá là giống một củ hành. Người ta hay gọi như vậy để dễ nhận biết giữa cảm biến nhiệt độ PT100 dạng dây và dạng que.

Chính vì sự thiết kế đầu cảm biến giống như củ hành, nên bên trong cảm biến nhiệt độ sẽ có một không gian vừa vặn để lắp thêm một thiết bị chuyển đổi. Thế nên, bộ chuyển đổi được thiết kế vừa vặn cho không gian này thường sẽ là các bộ như: bộ chuyển đổi tín hiệu T120 và T121.

Đây là những bộ chuyển đổi có thể gắn trực tiếp vào bên trong cảm biến nhiệt độ PT100. Với thiết kế nhỏ, gọn, hình trụ thiết bị tương thích rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ PT100 trên thị trường ngày nay.

Phân biệt được tín hiệu ngoài giải đo và tín hiệu bị lỗi.

Tín hiệu ngoài giải đo sẽ được hiểu là dạng tín hiệu khi bạn dùng từ nhiệt độ 0˚C đến 200 ˚C. Tuy nhiên, lỡ như không may môi trường đo của bạn tự dưng nhiệt độ tăng cao (lớn hơn 200 ˚C). Thì lúc này sẽ xuất hiện hiện tượng tín hiệu ngoài giải đo (Over-range).

Tín hiệu bị lỗi, chủ yếu xuất hiện từ hai nguyên nhân sau:

• Cảm biến bị hư
• Việc đấu nối dây bị gặp trục trặc.

Tuy nhiên, trong quá trình thiết bị vận hành thì bạn làm sao có thể nhận biết được đâu là tín hiệu bị lỗi hay đâu là tín hiệu ngoài giải đo. Đối với bộ chuyển đổi PT100 này thì chuyện đấy chúng ta có thể phân biệt được.

Đầu tiên, đối với hiện tượng Over-range, nếu tín hiệu được hiển thị trên PLC hay thiết bị nào khác ở dạng tín hiệu ±2,5%. Ví dụ thế này, 102,5% hoặc 20,5mA thì nó đang cho biết đang xảy ra hiện tượng Over-range.

Đối với trường hợp tín hiệu bị lỗi. Thì giá trị tín hiệu sẽ được tăng thêm ±5%, nghĩa là 105% hoặc 21mA. Chứng tỏ rằng việc nối dây hoặc cảm biến gặp vấn đề.

Ưu và nhược điểm bộ chuyển đổi PT100

Ưu điểm

• Tương thích với những cảm biến nhiệt độ PT100 và Ni100
• Dễ dàng lắp đặt trực tiếp ở phần đầu cảm biến.
• Tiết kiệm dây dẫn và không gian lắp đặt.
• Sử dụng nguồn “loop” thuận tiện cho quá trình truyền tín hiệu tuyến tính 4-20mA.
• Phân biệt được tín hiệu Over-range và lỗi tín hiệu.
• Độ chính xác 0,1%
• Giá thành rẻ.

Nhược điểm

• Việc cài đặt thông số cho bộ chuyển đổi phải nhờ nhân viên kỹ thuật.
• Có sự hạn chế khi lắp đặt với một số cảm biến nhiệt độ PT100 như là: cảm biến nhiệt độ PT20C của Omron…

Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết của tôi. Chúc các bạn một ngày tốt lành!