ترانسمیترهای فشار استاندارد و ترانسمیترهای فشار هوشمند در صنایع مختلف کاربرد دارند، اما ترانسمیترهای فشار هوشمند نسبت به سنسورها امکانات پیشرفته‌تری را ارائه می‌دهند. از جمله این امکانات می‌توان به قابلیت تنظیم مستقیم پارامترهای اندازه‌گیری از طریق خود دستگاه، نمایش اطلاعات مهم فرآیندی بر روی صفحه نمایش، و امکان تنظیم نسبت turndown برای سازگاری با بازه‌های مختلف اندازه‌گیری اشاره کرد.
همین ویژگی‌ها موجب می‌شوند ترنسمیترهای فشار در کاربردهایی که نیاز به دقت بالا و انعطاف‌پذیری دارند، گزینه‌ای مناسب‌تر باشند.در سیستم‌های اندازه‌گیری فشار، دو اصطلاح رنج‌پذیری (Rangeability) و نسبت کاهش (Turndown Ratio) از مهم‌ترین ویژگی‌های ترانسمیتر فشار هوشمند ← هستند. این دو معمولاً به جای یکدیگر هم استفاده می‌شوند، اما در اصل:
- Rangeability نسبت بین بیشترین و کمترین فشاری است که یک ترانسمیتر می‌تواند به‌صورت دقیق اندازه‌گیری کند.
- Turndown Ratio نیز همین مفهوم را منتقل می‌کند، یعنی توانایی ترانسمیتر در اندازه‌گیری یک بازه از کل بازه وسیع آن ترانسمیتر فشار.
نحوه نمایش
این نسبت معمولاً به‌صورت عددی مثل ۳:۱، ۵:۱ یا حتی ۱۰۰:۱ بیان می‌شود. برای مثال، اگر ترانسمیتر فشار ← دارای نسبت کاهش ۵:۱ باشد و حداکثر فشار قابل اندازه‌گیری آن ۱۰۰ بار باشد، نسبت کاهش فشار قابل اندازه‌گیری آن ۲۰ بار خواهد بود.
این نسبت، نشان‌دهنده‌ی انعطاف‌پذیری و دقت عملکرد ترانسمیتر در شرایط مختلف فرایندی است.
اصطلاحات پایه‌ای برای درک رنج‌پذیری (Rangeability) و نسبت کاهش (Turndown Ratio)
برای درک بهتر رنج‌پذیری (Rangeability) و نسبت کاهش (Turndown Ratio)، باید با چند اصطلاح کلیدی آشنا باشیم:
محدوده فشار (Range):
محدوده فشار یا دامنه اندازه‌گیری به بازه‌ای از فشار گفته می‌شود که ترانسمیتر می‌تواند به‌صورت فیزیکی اندازه‌گیری کند.
مثلاً در ترانسمیتر با محدوده ۰ تا ۱۰۰ بار، این بازه همان Range است.
URL (Upper Range Limit):
حد بالای دامنه اندازه‌گیری، یعنی حداکثر فشاری که ترانسمیتر بر اساس طراحی کارخانه می‌تواند اندازه‌گیری کند، بدون آنکه آسیب ببیند یا دقت آن کاهش یابد.
LRL (Lower Range Limit):
حد پایین دامنه اندازه‌گیری، یعنی کمترین فشاری که ترانسمیتر قادر به اندازه‌گیری دقیق آن است. این مقدار نیز توسط سازنده مشخص می‌شود.
URV (Upper Range Value):
مقدار بالای بازه کالیبره‌شده؛ یعنی حداکثر فشاری که در لحظه‌ی فعلی ترانسمیتر بر اساس آن کالیبره شده است. معمولاً با ۲۰ میلی‌آمپر متناظر است.
مثال: اگر URV برابر با ۱۰۰ بار باشد، وقتی فشار به ۱۰۰ بار برسد، خروجی ترانسمیتر ۲۰ میلی‌آمپر خواهد بود.
LRV (Lower Range Value):
مقدار پایین بازه کالیبره‌شده؛ یعنی کمترین فشاری که ترانسمیتر بر اساس آن تنظیم شده است. معمولاً با ۴ میلی‌آمپر متناظر است.
مثال: اگر LRV برابر با ۰ بار باشد، وقتی فشار ۰ باشد، خروجی ۴ میلی‌آمپر خواهد بود.
Span (بازه کالیبره‌شده):
Span یا بازه‌ی کاری، اختلاف بین URV و LRV است و نشان‌دهنده‌ی محدوده‌ی دقیق اندازه‌گیری در خروجی ترانسمیتر است.
فرمول:
Span = URV – LRV
فرمول محاسبه Turndown Ratio (نسبت کاهش)
برای محاسبه نسبت کاهش در یک ترانسمیتر فشار، از فرمول زیر استفاده می‌شود:
Turndown Ratio = URL / Calibrated Span
که در آن:
URL یا Upper Range Limit به معنی بیشترین فشاری است که ترانسمیتر می‌تواند اندازه‌گیری کند.
Calibrated Span یا بازه‌ی کالیبره شده اختلاف بین مقدار کالیبره‌شده بالا و پایین (URV – LRV) است.
مثال عددی
فرض کنید ترانسمیتر فشاری دارید که:
حداکثر فشار طراحی‌شده‌ی آن (URL) برابر با ۱۰۰ بار است.بازه‌ی کالیبره‌شده‌ی فعلی آن ۱۰ بار است.
در این حالت، نسبت کاهش به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:
Turndown Ratio = 100 / 10 = 10:1
یعنی این ترانسمیتر می‌تواند به‌دقت فشاری در محدوده‌ای از ۱۰ بار تا ۱۰۰ بار را اندازه‌گیری کند.
اهمیت Rangeability و Turndown Ratio در انتخاب ترانسمیتر مناسب
در بسیاری از سیستم‌های صنعتی که با سیالات یا گازها سر و کار دارند، کنترل دقیق فشار حیاتی است. در چنین شرایطی، شناخت مفاهیمی مانند «rangeability» و «turndown ratio» اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند؛ چرا که این دو عامل مستقیماً بر دقت اندازه‌گیری و عملکرد کلی سیستم تأثیر می‌گذارند.
تأثیر بر دقت و عملکرد:
اگر ترانسمیتر انتخاب‌شده، turndown ratio مناسبی نداشته باشد، ممکن است نتواند فشار موردنظر در سیستم را با دقت کافی اندازه‌گیری کند. این موضوع می‌تواند منجر به خطا در کنترل فرآیند، کاهش بهره‌وری یا حتی آسیب به تجهیزات شود.
مثال کاربردی:
فرض کنید شما به یک ترانسمیتر برای اندازه‌گیری فشاری در محدوده ۵۰ تا ۱۰۰ واحد نیاز دارید:
اگر یک ترانسمیتر با turndown ratio معادل ۵:۱ انتخاب کنید و حداکثر رنج آن ۵۰۰ واحد باشد، حداقل فشار قابل اندازه‌گیری دقیق آن ۱۰۰ واحد خواهد بود. پس محدوده ۵۰ تا ۱۰۰ را پوشش نمی‌دهد و گزینه مناسبی نیست.
اما اگر ترانسمیتر شما turndown ratio معادل ۱۰:۱ داشته باشد، با همان رنج حداکثری (۵۰۰ واحد)، می‌تواند تا فشار ۵۰ واحد را هم به‌طور دقیق اندازه‌گیری کند. پس این ترانسمیتر دقیقاً مناسب کار شماست.
تأثیر Rangeability و Turndown بر فرآیند کالیبراسیون
ارتباط مستقیم با دقت تنظیمات:
کالیبراسیون به معنای تنظیم خروجی ترانسمیتر به‌گونه‌ای است که دقیقاً با مقدار فشار واقعی مطابقت داشته باشد. هرچه span یا «بازه کالیبره‌شده» ترانسمیتر وسیع‌تر باشد، امکان تنظیمات دقیق‌تری در بازه‌های مختلف فشار وجود دارد.
turndown و انعطاف در کالیبراسیون:
turndown ratio تعیین می‌کند که در چه بازه‌ای از فشار می‌توان ترانسمیتر را تنظیم کرد و همچنان دقت اندازه‌گیری حفظ شود. به‌عبارتی، هرچه turndown بیشتر باشد، بازه تنظیم‌پذیر بدون افت دقت هم گسترده‌تر می‌شود.
تفاوت ترانسمیترهای آنالوگ و دیجیتال (هوشمند):
در ترانسمیترهای دیجیتال (SMART)، امکان تغییر رنج اندازه‌گیری (re-ranging) بدون نیاز به کالیبراسیون مجدد وجود دارد. اما در مدل‌های آنالوگ، چنین تغییری مستلزم کالیبراسیون کامل مجدد است.
مثال کاربردی:
اگر ترانسمیتر شما دارای turndown ratio برابر ۱۰:۱ باشد و در ابتدا از ۰ تا ۱۰ بار کالیبره شده باشد (۰ بار برابر با ۴mA و ۱۰ بار برابر ۲۰mA)، می‌توان این رنج را بدون نیاز به کالیبراسیون جدید، به ۰ تا ۱ بار تغییر داد (۰ بار برابر با ۴mA و ، ۱ بار برابر با ۲۰mA).
برعکس همین حالت هم ممکن است و این نشان‌دهنده انعطاف فوق‌العاده در فرآیند تنظیم است.
قابلیت re-range شدن بر اساس turndown ratio باعث می‌شود ترانسمیتر با شرایط جدید فرآیند سازگار شود، بدون اینکه نیاز به خرید تجهیز جدید یا توقف خط تولید باشد.
محدودیت‌های Turndown Ratio
کاهش دقت در انتهای پایین یا بالا:
اگرچه نسبت turndown بالا می‌تواند یک محدوده وسیع برای اندازه‌گیری فراهم کند، اما این امر ممکن است به کاهش دقت در انتهای خیلی پایین یا خیلی بالا منجر شود. به‌ویژه در این محدوده‌ها، ترانسمیتر ممکن است نتواند به‌درستی فشار را اندازه‌گیری کند.
انتخاب متناسب با کاربرد:
انتخاب نسبت کاهش (turndown ratio) باید متناسب با شرایط واقعی عملکرد سیستم باشد. برای مثال، انتخاب نسبت بالا ممکن است برای برخی کاربردها مناسب نباشد، زیرا دقت اندازه‌گیری در این شرایط دچار مشکل خواهد شد.
