สัญญาณ 4-20mA
โดย : Admin

สัญญาณ 4-20mA คืออะไร

 

 

สัญญาณ 4-20mA ( 4-20mA Signal) คือสัญญาณกระแสไฟที่ถูกใช้เป็นมาตรฐานสำหรับส่งสัญญาณของเครื่องมือวัดในอุตสาหกรรมซึ่งเป็นที่นิยมและแพร่หลายในปัจจุบัน โดยสัญญาณ 4-20mA ได้ถือกำเนิดขึ้นในช่วงยุคปี ค.ศ. 1950 (พ.ศ. 2493)  หลังจากการประสบความสำเร็จอย่างมากของ มาตรฐานสัญญาณควบคุมนิวเมติก 3-15 psi  ต่อมาเมื่ออิเล็กทรอนิกส์กลายเป็นของราคาถูกและน่าเชื่อถือเพียงพอ การเปลี่ยนผ่านได้เป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไปจนมาถึงศตวรรตที่ 21 จนทำให้สัญญาณ 4-20mA เป็นที่นิยมสำหรับการส่งข้อมูลของเครื่องมือวัดในอุตสาหกรรม

 




 

หลักการทำงาน 4-20mA
การทำงานนั้นสัญญาณจะถูกส่งเป็นแบบ Linear ยกตัวอย่างเช่น เครื่องมือวัดที่มีช่วงการวัด 0-100 % ที่ 0 % เครื่องมือวัดจะส่งสัญญาณออกไป 4 mA และที่ 100 % เครื่องมือวัดจะส่งสัญญาณออกไป 20 mA ตามภาพตัวอย่าง

ทำไมต้อง 4-20mA
หลายคนคงสงสัยว่าทำไมต้องเป็น 4-20mA ทำไมไม่เป็น 0-20 mA สาเหตุที่ต้องเริ่มต้นจาก 4 mA ก็เพราะถ้าเราเริ่มจาก 0 mA จะทำให้เราไม่ทราบว่าตอนนี้เครื่องวัดเราเสียหายหรือว่าอยู่ในสถานะ 0% แต่ถ้าเราใช้ 4-20mA เราจะแยกแยะได้ทันทีว่าเครื่องมือวัดตัวนี้เสียหายหรืออยู่ในสถานะ 0% ถ้าวัดสัญญาณ Output ได้ 0 mA เท่ากับเสียหาย แต่ถ้าวัดสัญญาณ Output ได้ 4 mA เครื่องมือวัดยังใช้งานได้อยู่





 

ข้อดีของสัญญาณ 4-20mA

  1. สามารถส่งสัญญาณได้ไกลถึง 1 km. (ขึ้นอยู่กับความต้านทานของสายไฟและโหลดของตัวรับสัญญาณ)

  2. สัญญาณถูกรบกวนได้ยากมาก เนื่องจากเป็นสัญญาณกระแสไฟไม่ใช่แรงดันไฟ สัญญาณรบกวนจะเป็นสัญญาณแรงดันไฟซึ่งจะรบกวนเฉพาะแรงดันไฟ

  3. ประหยัดงบประมาณในการเดินสาย เนื่องจากสัญญาณ 4-20mA สามารถรส่งทั้งสัญญาณและไฟเลี้ยงเครื่องมือวัดไปด้วยกันโดยใช้สายไฟเพียงแค่ 2 เส้น ซึ่งปกติจะต้องใช้สายไฟถึง 4 เส้น (ไฟเลี้ยง 2 เส้น และสัญญาณ 2 เส้น)

     

ข้อเสียของสัญญาณ 4-20mA

  1. ใช้กับตัวรับสัญญาณได้เพียงแค่ตัวเดียว เนื่องจากข้อจำกัดในด้านโหลดของตัวรับเมื่อใช้ตัวรับหลายๆตัวจะทำให้สัญญาณ 4-20mA ลดลงจนมีผลต่อความแม่นยำของข้อมูล

  2. ความยากในการใช้งานของผู้ใช้ระดับล่าง เนื่องจากสัญญาณชนิดนี้มีการต่อที่ไม่เหมือนสัญญาณแรงดันไฟซึ่งเป็นที่เคยชินของผู้ใช้ทั่วๆไป บางครั้งจึงอาจทำให้ผู้ใช้บางท่านรู้สึกว่าใช้ยากนั่นเอง
     

ลักษณะการเชื่อมต่อสัญญาณ 4-20mA

การเชื่อมต่อสัญญาณ 4-20 mA นั้นจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ลักษณะใหญ่ๆดังนี้
 

การต่อสัญญาณ 4-20mA แบบ 2-wire
การต่อลักษณะนี้ถูกออกแบบมาเพื่อลดต้นทุนของการเดินสายไฟโดยสามารถรส่งทั้งสัญญาณ Output และไฟเลี้ยงเครื่องมือวัดไปด้วยกันโดยใช้สายไฟเพียงแค่ 2 เส้น ซึ่งจะเป็นลักษณะการต่อที่ผู้ใช้ทั่วไปไม่เคยชิน ตัวอย่างการต่อแบบ 2-wire ตามภาพตัวอย่างด้านล่าง



ตัวอย่างการต่อสัญญาณ 4-20mA แบบ 2-wire




การต่อสัญญาณ 4-20mA แบบ 3-wire

การต่อลักษณะนี้เป็นการต่อโดยใช้สาย Ground ร่วมกันระหว่างไฟเลี้ยงและสัญญาณ Output โดยจะใช้สายไฟในการต่อ 3 เส้น ตามภาพตัวอย่างด้านล่าง

 


ตัวอย่างการต่อสัญญาณ 4-20mA แบบ 3-wire

 




การต่อสัญญาณ 4-20mA แบบ 4-wire

การต่อลักษณะนี้จะเป็นการต่อที่ผู้ใช้ทั่วไปคุ้นชินและง่ายที่สุด เพราะสัญญาณ Output และไฟเลี้ยงจะถูกแยกออกจากกันอย่างชัดเจน ตามภาพตัวอย่างด้านล่าง ถึงจะเป็นการต่อที่ง่ายก็จริงแต่ก็ทำให้เราต้องเพิ่มงบประมาณในการซื้อสายไฟมากขึ้นเพราะต้องใช้สายไฟถึง 4 เส้น แต่ถึงกระนั้นการต่อแบบนี้ก็ยังเป็นที่นิยมอยู่ในเมืองไทย เพราะจะเกิดความผิดพลาดในการเชื่อมต่อได้น้อยที่สุดนั่นเอง


ตัวอย่างการต่อสัญญาณ 4-20mA แบบ 4-wire

 


 

ตัวอย่างเครื่องมือวัดที่ใช้สัญญาณ 4-20mA

  1. เครื่องวัดอัตราการไหลของอากาศ
    • Mass flow meter
    • turbine-flow-meter">Turbine flow meter
    • vortex-flow-meter">Vortex flow meter
    • Coriolis flow meter
  2. เครื่องวัดอัตราการไหลของเหลว
    • Ultrasonic flow meter
    • Magnetic flow meter
    • Oval gear flow meter
    • Coriolis flow meter
  3. เครื่องวัดแก๊ส

 



Cr:  https://www.omi.co.th

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (http://www.9engineer.com/)