プロセストランスミッタは、さまざまな産業用途に不可欠な機器であり、圧力、温度、流量、レベルなどのプロセス変数を測定および送信する際に重要な役割を果たします。プロセストランスミッターの大手サプライヤーとして、私はこれらの注目すべきデバイスの動作原理を詳しく掘り下げ、それらが産業プロセスの効率と安全性にどのように貢献するかを明らかにすることに興奮しています。
プロセストランスミッターの基本コンポーネント
動作メカニズムを詳しく説明する前に、まずプロセス トランスミッターの基本コンポーネントを理解しましょう。一般的なプロセストランスミッタは、検知素子、信号調整回路、および通信インターフェイスで構成されます。
センシング要素はトランスミッタの心臓部であり、物理プロセス変数を電気信号に変換する役割を果たします。測定される変数に応じて、さまざまなタイプの検出素子が使用されます。たとえば、圧力トランスミッタは、圧力を測定するためにひずみゲージ、容量性センサー、または圧電センサーを使用する場合があります。
信号調整回路は、検出素子からの電気信号を処理し、増幅、フィルタリング、線形化して標準化された出力信号を生成します。この出力信号は通常、4 ～ 20 mA の電流ループまたはデジタル信号の形式であり、長距離にわたって簡単に送信できます。
通信インターフェイスにより、送信機はプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) や分散制御システム (DCS) など、制御システム内の他のデバイスと通信できます。一般的な通信プロトコルには、HART、Modbus、Profibus などがあります。
圧力伝送器の動作原理
プロセストランスミッターの動作原理を説明するために、圧力トランスミッターを例に挙げてみましょう。圧力トランスミッタは、液体やガスの圧力を測定するために、石油やガス、化学、発電などの業界で広く使用されています。
検出素子
前述したように、圧力トランスミッタにはいくつかの種類の検出素子が使用されています。最も一般的なタイプの 1 つはひずみゲージです。ひずみゲージは、機械的ストレスを受けると電気抵抗が変化する細いワイヤまたはフォイルです。検出素子に圧力がかかると変形が生じ、ひずみゲージの抵抗が変化します。
別のタイプの検知素子は、容量性センサーです。静電容量センサーは、誘電体材料で分離された 2 つの平行プレートで構成されます。感知素子に圧力がかかると、プレート間の距離が変化し、それによってセンサーの静電容量が変化します。
信号調整
感知素子が圧力を電気信号に変換すると、信号調整回路が信号を処理して標準化された出力信号を生成します。信号調整回路には通常、増幅器、フィルター、およびリニアライザーが含まれます。
増幅器は、電気信号の振幅を、簡単に測定および処理できるレベルまで増加させます。フィルターは信号からノイズや干渉を除去し、出力信号の正確さと信頼性を保証します。リニアライザーは信号の非線形性を補正し、出力信号が入力圧力に比例するようにします。
コミュニケーション
信号調整回路が電気信号を処理した後、通信インターフェースは出力信号を制御システムに送信します。前述したように、一般的な通信プロトコルには HART、Modbus、Profibus などがあります。
HART プロトコルは、同じ 2 線ループ上でアナログ通信とデジタル通信の両方を可能にするハイブリッド通信プロトコルです。 Modbus プロトコルは、産業オートメーション アプリケーションで広く使用されているシリアル通信プロトコルです。 Profibus プロトコルは、ヨーロッパで一般的に使用されているフィールドバス プロトコルです。
温度伝送器の動作原理
温度トランスミッターは、さまざまな産業用途で液体、気体、固体の温度を測定するために使用されます。温度トランスミッタの動作原理は圧力トランスミッタの動作原理と似ていますが、検出素子が異なります。
検出素子
温度トランスミッターで使用される最も一般的なタイプの検出素子は熱電対です。熱電対は、一端で結合された 2 つの異なる金属で構成されます。 2 つの金属の接合部が加熱または冷却されると、接合部と熱電対の他端との間の温度差に比例する電圧が発生します。
温度トランスミッターで使用される別のタイプの感知素子は、測温抵抗体 (RTD) です。 RTD は、温度変化を受けると電気抵抗が変化するワイヤまたはフィルムです。 RTD の抵抗は通常温度に比例し、抵抗と温度の関係は抵抗温度係数 (TCR) として知られています。
信号調整
感知素子が温度を電気信号に変換すると、信号調整回路が信号を処理して標準化された出力信号を生成します。信号調整回路には通常、増幅器、フィルター、およびリニアライザーが含まれます。
増幅器は、電気信号の振幅を、簡単に測定および処理できるレベルまで増加させます。フィルターは信号からノイズや干渉を除去し、出力信号の正確さと信頼性を確保します。リニアライザーは信号の非線形性を補正し、出力信号が入力温度に比例するようにします。
コミュニケーション
信号調整回路が電気信号を処理した後、通信インターフェースは出力信号を制御システムに送信します。前述したように、一般的な通信プロトコルには HART、Modbus、Profibus などがあります。
流量発信器の動作原理
流量トランスミッタは、さまざまな産業用途で液体や気体の流量を測定するために使用されます。利用可能なフロートランスミッターにはいくつかのタイプがあり、それぞれが異なる動作原理に基づいています。
差圧流量発信器
最も一般的なタイプの流量トランスミッタの 1 つは、差圧流量トランスミッタです。差圧流量トランスミッタは、オリフィス プレートやベンチュリ チューブなどの流量制限を横切る圧力差を測定することによって流量を測定します。
差圧流量伝送器の動作原理は、流体の速度が増加すると流体の圧力が減少するというベルヌーイの方程式に基づいています。流体が流量制限部を通過すると、速度が増加し、圧力が減少します。流量制限部にわたる差圧は、流量の二乗に比例します。
差圧は差圧センサーによって測定されます。通常、差圧センサーは容量センサーまたはひずみゲージ センサーです。差圧センサーからの出力信号は信号調整回路によって処理され、流量に比例する標準化された出力信号が生成されます。
超音波流量発信器
別のタイプの流量送信機は、超音波流量送信機です。超音波流量トランスミッターは、超音波信号が流体の上流と下流に伝わる時間を測定することで流量を測定します。
超音波流量発信器の動作原理は、ドップラー効果または通過時間原理に基づいています。ドップラー効果法では、超音波信号が流体内の粒子または気泡で反射され、反射信号の周波数シフトを測定して流量を決定します。通過時間原理法では、超音波信号が流体の上流と下流に送信され、信号の通過時間の差を測定して流量を決定します。
超音波流量センサーからの出力信号は信号調整回路によって処理され、流量に比例する標準化された出力信号が生成されます。
レベル計の動作原理
レベルトランスミッターは、タンク、容器、サイロ内の液体と固体のレベルを測定するために使用されます。利用可能なレベルトランスミッタにはいくつかのタイプがあり、それぞれ異なる動作原理に基づいています。
圧力レベル発信器
最も一般的なタイプのレベルトランスミッタの 1 つは、圧力レベルトランスミッタです。圧力レベルトランスミッターは、タンクまたは容器の底の圧力を測定することによって液体のレベルを測定します。
圧力レベルトランスミッターの動作原理は、液柱の底の圧力が液柱の高さと液体の密度に比例するという静水圧方程式に基づいています。圧力は圧力センサーによって測定され、通常は容量センサーまたはひずみゲージセンサーが使用されます。
圧力センサーからの出力信号は信号調整回路によって処理され、液体のレベルに比例する標準化された出力信号が生成されます。
超音波レベル発信器
別のタイプのレベルトランスミッタは、超音波レベルトランスミッタです。超音波レベルトランスミッターは、超音波信号がセンサーから液体または固体の表面に伝わり、戻ってくるまでの時間を測定することによって、液体または固体のレベルを測定します。
超音波レベルトランスミッターの動作原理は飛行時間原理に基づいています。超音波信号はセンサーから液体または固体の表面に送信され、反射信号がセンサーで受信されます。信号が表面に到達して戻ってくるのにかかる時間が測定され、媒体内の音速に基づいて表面までの距離が計算されます。
超音波レベルセンサーからの出力信号は信号調整回路によって処理され、液体または固体のレベルに比例する標準化された出力信号が生成されます。
結論
結論として、プロセストランスミッタは、圧力、温度、流量、レベルなどのプロセス変数の正確かつ信頼性の高い測定を提供する、さまざまな産業用途に不可欠な機器です。これらのデバイスの動作原理を理解することで、エンジニアや技術者は用途に適した送信機を選択し、適切な設置と動作を保証できます。
プロセストランスミッターの大手サプライヤーとして、当社は以下を含む幅広い高品質トランスミッターを提供しています。金属製静電容量差圧発信器そして絶対圧・ゲージ圧発信器。当社のトランスミッタは、最も厳しい産業要件を満たすように設計されており、品質と顧客サービスへの取り組みに裏付けられています。
当社のプロセストランスミッタについてさらに詳しく知りたい場合、または特定のアプリケーション要件について相談したい場合は、当社までお問い合わせください。当社の専門家チームは、お客様のニーズに合った適切な送信機の選択を喜んでお手伝いし、お客様にふさわしいサポートとサービスを提供いたします。
参考文献
- プロセス計測技術、Bela G. Liptak 著
- 産業用計装および制御ハンドブック、トーマス G. ベックウィズ、ロイ D. マランゴニ、ジョン H. リーンハルト著
- 計測、測定、および分析、ジャック D. ダグラスおよびドナルド M. モンゴメリー著
