Transmitter Nedir? Çalışma Prensibi ve Çeşitleri

Transmitter nedir?

Transmitter, ölçülen değişkeni temsil eden standart bir sinyali göndermek için tasarlanmış ölçüm cihazıdır. Bu tanım, proses otomasyonu ekipmanları için IEC’nin ortak veri sözlüğünden (IEC 61987) gelir; tanıma göre transmitter sensörü kendi içinde taşıyabilir ya da taşımayabilir, sözlüğün notuna göre bir göstergeyle de donatılabilir. Uluslararası Elektroteknik Sözlük (IEC 60050) ise ölçüm transmitterini, çıkış değişkeni standart bir sinyal olan ölçüm dönüştürücüsü (measuring transducer) olarak tanımlar.

Proseste ölçülen değişken basınç, fark basınç, seviye, debi, sıcaklık ya da pH gibi bir analiz değeri olabilir. Standart sinyal çoğu zaman 4-20 mA akım sinyalidir: saha cihazlarının büyük çoğunluğu dağıtılmış kontrol sistemlerine (DCS) bu akım döngüleriyle bağlanır. IEC 61987’deki bir nota göre İngilizcede proses mühendisliğinde transmittere çoğu zaman “meter” de denir; flowmeter, yani debimetre, bunun örneğidir.

Transmitter ne demek?

Transmitter, İngilizcede “iletici, verici” anlamına gelir; proses ölçümünde ölçüm sonucunu standart bir sinyalle kontrol sistemine ileten saha cihazının adıdır. Kelime “transmit” (iletmek, göndermek) fiilinden türemiştir. Fiilin kökü, trāns- ön eki ile mittō fiilinin birleştiği Latince trānsmittō’dur ve harfi harfine “karşıya göndermek” anlamı taşır.

Günlük dilde ve haberleşmede kelimenin Türkçe karşılığı “verici”dir. TDK Güncel Türkçe Sözlük vericiyi, elektromanyetik dalgalar yardımıyla işaret, ses ve görüntü iletmeye yarayan cihazların genel adı olarak tanımlar; aramalarda sık görülen FM transmitter bu anlamdadır. Proses ölçümündeki transmitter ise bir radyo vericisi değildir ve Türkçe teknik dilde çevrilmeden “transmitter” olarak kullanılır (basınç transmitteri, sıcaklık transmitteri gibi).

Transmitter ne işe yarar?

Transmitter, sahadaki ölçümü uzaktaki bir alıcıya, örneğin bir PLC’ye, dağıtılmış kontrol sistemine ya da akım veya gerilim girişli başka bir değerlendirme cihazına taşır. Kontrol sistemi bu değere göre vana gibi bir son kontrol elemanını yönetir; ölçüm cihazı, kontrol sistemi ve son kontrol elemanı birlikte kapalı bir kontrol döngüsü oluşturur.

Sensörün ham sinyali yerine transmitter kullanılmasının nedenleri şunlardır:

• Ham sinyal zayıftır: Bir basınç transdüserinin çıkışı genellikle besleme geriliminin voltu başına milivolt (mV/V) cinsindendir, doğrusallaştırılmamış ve sıcaklığa karşı düzeltilmemiştir. Birçok kontrol sisteminin giriş kartı ise yalnız yükseltilmiş sinyal kabul eder.
• Akım sinyali uzağa taşınır: Parazite ve gürültüye gerilim sinyalinden daha dayanıklıdır, daha uzağa gidebilir ve doğruluğu kablolardaki gerilim düşümünden etkilenmez.
• Dijital iletişim ek bilgi taşır: Ölçüm değerinin yanında başka değişkenler, cihaz durumu ve teşhis bilgisi de iletilebilir.

Transmitter nasıl çalışır?

Bir debimetrenin ana bileşenleri sensör, sinyal işlemci ve transmitterdir; basınç transmitterinde de ölçüm elemanının yanında bir elektronik paket bulunur. Çalışma üç aşamada özetlenebilir:

1. Algılama: Sensör ölçülen büyüklükten doğrudan etkilenir. Bir basınç transmitterinde paslanmaz çelik diyafram gibi bir ölçüm elemanı uygulanan basıncı alır; gerinim ölçerli sensörde Wheatstone köprüsüne bağlı gerinim ölçerlerin direnci değişir.
2. Sinyal işleme: Transmitterin elektronik devresi sensörden gelen sinyali doğrusallaştırır, sıcaklık gibi ortam etkilerine karşı kompanze eder ve yükseltir. Akıllı (smart) cihazlarda bu işlemleri dahili bir işlem birimi dijital olarak yapar; cihaz kendi durumunu da teşhis edebilir.
3. Standart çıkış: İşlenen değer, transmitterde ayarlanan ölçüm aralığına göre standart bir sinyale çevrilir: 4-20 mA, 0-10 V gibi bir gerilim ya da dijital bir haberleşme sinyali.

Smart Basınç Transmitteri T2906-G bu yapıya bir örnektir: MEMS monokristal silikon basınç sensörü çipinin sinyali, özel bir sinyal işleme modülüyle standart çıkış sinyaline çevrilir.

Çıkış fonksiyonu doğrusal seçilmiş bir 4-20 mA transmitterde akım, ölçülen değere göre doğrusal olarak değişir. Ölçüm aralığı 0-10 bar olarak ayarlanmış bir basınç transmitteri 0 bar’da 4 mA, 5 bar’da 12 mA, 10 bar’da 20 mA verir. Genel bağıntı şudur:

I (mA) = 4 + 16 × (ölçülen değer - alt değer) / (üst değer - alt değer)

Sensör, transdüser ve transmitter arasındaki fark nedir?

Üç terim sık sık birbirinin yerine kullanılır ve üreticiler bu ayrımı her zaman tutarlı yapmaz. Sözlük tanımları farkı şöyle ortaya koyar:

• Sensör: Ölçülen büyüklükten doğrudan etkilenen ve sinyal üreten ölçüm elemanıdır.
• Transdüser (transducer, ölçüm dönüştürücüsü): Ölçümde kullanılan ve giriş büyüklüğüyle belirli bir ilişkisi olan bir çıkış veren cihazdır. Metroloji sözlüğü termokupl, gerinim ölçer, pH elektrodu ve Bourdon tüpünü örnek verir. Genel anlamda transdüser, enerjiyi bir biçimden başka bir biçime çeviren cihazdır.
• Transmitter: Çıkışı standart bir sinyal olan ölçüm dönüştürücüsüdür. Yani her ölçüm transmitteri bir transdüserdir, ama her transdüser transmitter değildir.

Bazı üreticiler ayrımı çıkış sinyaline göre yapar: basınç transdüseri genellikle yükseltilmemiş, besleme geriliminin voltu başına milivolt (mV/V) cinsinden bir çıkış verir; transmitterde ise bu sinyali doğrusallaştıran, kompanze eden ve yükselten ek bir devre vardır ve çıkış 0-10 V, 4-20 mA ya da dijital bir sinyaldir. Cihaz seçerken adından çok, verdiği çıkışın kontrol sisteminize uyup uymadığına bakmak gerekir. Sensör, transmitter ve şalter arasındaki farkın ayrıntısı endüstriyel sensör çeşitleri rehberindedir.

Transmitter çıkış sinyalleri nelerdir?

4-20 mA akım sinyali

4-20 mA akım döngüsünde 4 mA ölçüm aralığının %0’ını, 20 mA %100’ünü temsil eder; bu iki uca hangi mühendislik birimi değerlerinin karşılık geleceği transmitterin ayarıyla belirlenir. 4-20 mA proses kontrolünde, makine yapımında ve tesis kurulumunda baskın çıkış sinyalidir.

Canlı sıfır (live zero): Sinyalin 0 değil 4 mA’dan başlaması iki iş görür. Birincisi, ölçülen değer ölçüm aralığının en altındayken bile döngüde akım vardır ve cihaz bu akımla beslenebilir. İkincisi, 0 mA neredeyse her zaman devrenin arızalandığını gösterir; böylece “ölçülen değer en altta” ile “sinyal yok” durumları birbirinden ayrılır.

Arıza sinyali (NAMUR NE 43): NAMUR, proses endüstrisinde otomasyon teknolojisi kullanıcılarının birliğidir. NE 43 tavsiyesine göre 3,8 ile 20,5 mA arasındaki akım ölçüm bilgisidir; 3,6 mA ve altı ya da 21 mA ve üstü arıza bilgisi olarak yorumlanır.

2, 3 ve 4 telli bağlantı: 2 telli transmitter beslemesini akım döngüsünün kendisinden alır, ayrı bir besleme kablosu gerekmez; 4 telli cihazda ise besleme girişi akım döngüsünden ayrıdır. Befa ürünlerinden Smart Basınç Transmitteri T2906-G ve Radar Seviye Sensörü BCR1100 2 telli 4-20 mA çıkışlıdır. Basınç Transmitteri BPT15 modelinde ise 4-20 mA çıkış 2 telli, 0-10 V gibi gerilim çıkışları 3 telli bağlanır. Döngünün beslemesi, bağlantısı, hesabı ve ölçümü 4-20 mA nedir rehberinde ayrıntılı anlatılır.

Gerilim çıkışı

0-10 V gibi gerilim sinyalleri enerji, ısıtma, havalandırma, iklimlendirme ve soğutma uygulamalarında yaygındır. Aynı transmitterin akım ve gerilim çıkışlı sürümleri olabilir: Hidrostatik Seviye Sensörü BHPT2013 4-20 mA ya da 0-10 V çıkışlı seçilebilir.

Dijital haberleşme

• HART: Dijital sinyali 4-20 mA akımının üzerine bindirir; bir sonraki bölümde anlatılıyor. Ayrıntılar HART protokolü nedir rehberindedir.
• Modbus: Başlangıçta PLC’lerde kullanılmak üzere geliştirilmiş, açık ve lisans ücreti gerektirmeyen bir protokoldür; sahada en çok Modbus RTU biçimiyle ve iki telli RS-485 hattı üzerinden karşılaşılır. Ayrıntılar Modbus nedir rehberindedir.
• Profibus PA: Profibus ailesinin proses otomasyonu sürümüdür; ölçüm cihazları bu veri yolu üzerinden kontrol sisteminden izlenir, besleme veriyle aynı kablodan gelir ve patlama riski olan alanlarda kullanım için tasarlanmıştır. Ayrıntılar Profibus nedir rehberindedir.
• Foundation Fieldbus: Tamamen dijital, seri ve iki yönlü bir haberleşme sistemidir; H1 sürümünde haberleşme ve besleme aynı kablodan sağlanır.

Bir debimetre transmitterinde birkaç çıkış bir arada bulunabilir: Elektromanyetik Debimetre BMF2000 analog akım çıkışını puls/frekans çıkışıyla ve HART ile RS-485 Modbus haberleşme seçenekleriyle birlikte sunar.

Smart (HART) transmitter nedir?

Smart (akıllı) transmitter, içinde bir işlem birimi ve haberleşme arayüzü bulunan transmitterdir: ölçüm değerinin yanında ayar ve teşhis bilgisini de dijital olarak paylaşır, uzaktan ayarlanabilir ve test edilebilir. HART spesifikasyonlarının sahibi FieldComm Group’a göre HART (Highway Addressable Remote Transducer), proses endüstrisinde en yaygın kullanılan dijital haberleşme teknolojisidir.

HART’ın pratik yararı, var olan 4-20 mA kablolamasını korumasıdır. Analog akım birincil ölçüm değerini taşımaya devam eder, dijital veri aynı kabloların üzerinden geçer; 2 telli cihazlarda aynı kablolar cihazı da besler. Bu dijital bağlantıyla kontrol sistemi ya da bir el terminali cihazın durumunu ve teşhis bilgisini okuyabilir; ölçüm aralığı, birim ve sönümleme (damping) süresi gibi ayarları değiştirebilir.

Smart Basınç Transmitteri T2906-G 4-20 mA analog çıkışın yanında HART dijital iletişimi sunar; göstergesinde mühendislik birimleri, yüzdesel değer ve akım değeri gösterilebilir. Bu modelde sıfır ve ölçüm aralığı hem cihaz üzerinden hem HART ile uzaktan ayarlanabilir. Fark Basınç Transmitteri T2906-DP modelinde sıfır ve ölçüm aralığı cihaz üzerinden ayarlanır; T2906-DP de 4-20 mA çıkışlıdır ve HART haberleşme seçeneği sunar.

Ölçülen büyüklüğe göre transmitter çeşitleri nelerdir?

HART’ın tipik saha cihazları basınç, seviye, sıcaklık ve akış transmitterleridir. Bunlara pH gibi değerleri ölçen analiz transmitterleri eklenir.

Basınç ve fark basınç transmitteri (pressure transmitter)

Basınç transmitteri, prosesteki basıncı ölçüp 4-20 mA gibi standart bir elektrik sinyaline çevirir. Ölçülen basınç relatif (gösterge, gauge), mutlak ya da sızdırmaz relatif olabilir; BPT15 bu üç tipte de sunulur. Basınç türleri ve basıncın hangi aletlerle ölçüldüğü basınç ölçer nedir rehberinde anlatılır. Fark basınç transmitteri iki nokta arasındaki basınç farkını ölçer ve basınç dışındaki büyüklükler için de kullanılır:

• Debi: Orifis plaka, nozul ya da venturi gibi bir daralmada oluşan basınç düşümü debinin karesiyle orantılıdır; debi, basınç farkının karekökünden hesaplanır.
• Seviye: Basınçlı kaplarda seviye fark basınçla ölçülebilir; T2906-DP sıvı seviyesi, vakum ve yoğunluk ölçümünde de kullanılır.

Basınç ve fark basınç modellerimizin listesi basınç transmitteri sayfasında; transmitter aralığını bar dışında bir birimle yazmanız gerekirse basınç ölçü birimi çevirici işinize yarar.

Seviye transmitteri (level transmitter)

Hidrostatik seviye transmitteri, tank ya da haznenin dibindeki sıvı basıncını ölçer ve seviyeyi bu basınçtan çıkarır; prob ölçtüğü basıncı standart bir elektrik sinyaline çevirir. Su ve atık su için kullanılan BHPT2013, 4-20 mA ya da 0-10 V dahil gerilim çıkışlı seçilebilir. Radar seviye sensörleri ise sıvıya temas etmez: 80 GHz FMCW ile çalışan BCR1100’ün sıvılardaki ölçüm mesafesi 18 m’ye kadardır, ayarları Bluetooth bağlantılı mobil uygulamadan yapılır. Seviye ölçüm cihazlarımızın tamamı seviye sensörü sayfasında yer alır.

Akış transmitteri ve debimetre (flow transmitter)

Debimetre, bir boru ya da kanaldan birim zamanda geçen sıvı, gaz veya buhar miktarını ölçen cihazdır; standart bir çıkış sinyali veren debimetre proses dilinde bir akış transmitteridir. Bazı debimetreler tek cihazla birden fazla değişken verir: Coriolis Debimetre BCMF3100 akışı anlık ve toplam olarak ölçer, sıcaklık ve yoğunluk değerlerini de sağlar; haberleşme seçeneği HART ya da RS-485 Modbus’tır. Debimetre modellerinin tamamı debimetre sayfasında; m³/h ile L/s gibi birimler arasındaki dönüşüm için debi birimi çevirici kullanılabilir.

Sıcaklık transmitteri (temperature transmitter)

Sıcaklık transmitteri, Pt100 gibi direnç termometrelerinden (RTD) ya da termokupllardan gelen giriş sinyalini standart bir analog ya da dijital çıkışa çevirir. Çıkış 4-20 mA, 0-10 V, HART ya da Foundation Fieldbus ve Profibus PA gibi veri yolu protokolleri olabilir. Transmitterin girişine bağlanan Pt100 sensörün hangi sıcaklıkta kaç ohm göstermesi gerektiğine Pt100 direnç tablosu üzerinden bakabilirsiniz.

Analiz transmitteri

pH transmitterleri (çoğu zaman analizör de denir) pH girişiyle orantılı bir elektrik çıkışı verir; pH metreden farkları, verileri kontrol sistemine ya da bilgisayara gönderen bir haberleşme arayüzü taşımalarıdır. Döngüden beslenen 2 telli tiplerde çoğu zaman dahili bir ön yükselteç sensör sinyalini işleyip 4-20 mA çıkış verir. Elektrot düzenli olarak pH’ı bilinen tampon çözeltilerle kalibre edilir. Analiz grubumuz pH metre ve analiz cihazları sayfasında listelenir.

Kompakt ve ayrık (remote) transmitter arasındaki fark nedir?

Transmitter sensöre entegre (kompakt) ya da sensörden uzağa (ayrık, remote) monte edilebilir. Kompakt tipte sensör ve transmitter tek cihaz olarak birlikte takılır; ayrık tipte ayrı muhafazalardadır ve aralarında bağlantı kablosu vardır. Ayrık montaj, transmitteri kurulum koşullarına en uygun yere almayı sağlar; bir debimetre üreticisi bunun tehlikeli alanlarda ya da ekipmanla dolu, erişilmesi zor yerlerde boru düzeni sorunlarını çözdüğünü belirtir. İki sürümün sınır değerleri farklı olabilir: bir vorteks debimetrenin ürün sayfasında ortam sıcaklığı üst sınırı kompakt sürümde +80 °C, ayrık sürümde +85 °C’dir.

Befa ürünlerinde teknik tablodaki “Gösterge Seçenekleri” satırı BMF2000, BCMF3100 ve Smart Basınç Transmitteri T2906-G için kompakt ve ayrık (remote), Açık Kanal Debimetre (Ultrasonik) için yalnız ayrık seçeneği gösterir. Bu satırdaki ayrık (remote) seçenek, elektronik ünitenin (transmitter) sensörden ayrı bir muhafazada monte edilmesidir.

Sıfır ve aralık genişliği (span) ayarı nedir?

Bir 4-20 mA transmitterin ayarlı aralığı, 4 mA ve 20 mA’ya karşılık gelen iki uç değerle (LRV, URV) tanımlanır. Aralık genişliği (span), bu iki uç değer arasındaki farkın mutlak değeridir; uluslararası metroloji sözlüğü (VIM) bu büyüklüğü bir ayar konumuyla belirlenen nominal aralığın genişliği olarak tanımlar ve “span” adının da kullanıldığını not eder. Ölçüm aralığı ise cihazın belirtilen belirsizlikle ölçebildiği değerlerin tamamıdır; ayarlı aralık bunun içinde seçilir. Örneğin -1 ile 9 bar arasına ayarlanmış bir transmitterin aralık genişliği (span) 10 bar’dır.

Transmitterde iki tür işlem birbirinden ayrılır:

• Ölçüm aralığını yeniden belirleme (re-ranging): 4 mA ve 20 mA’nın karşılık geleceği alt ve üst değerleri değiştirir; analog bir transmitterde sıfır ve span ayarının yaptığı işe benzer. Örneğin 0-10 bar’a ayarlı bir transmitter 0-6 bar’a yeniden ayarlanırsa 20 mA artık 6 bar’ı gösterir.
• Ayar (trim): Ölçümün kendisini düzeltir. Sıfır ayarı (zero trim) genellikle montajdan ve cihazın konumundan kaynaklanan basınç kaymalarını giderir. Analog çıkış ayarı, çıkış akımını dış referans ölçümle eşleştirir. Sensör ayarı (sensor trim), sensör hatalarını telafi etmek için sensör okumasının dijitale çevrilmesini ayarlar.

Bir kalibratör üreticisine göre HART transmitterde yalnız 4-20 mA çıkış kullanılıyorsa ölçüm aralığını belirleme, analog çıkış ayarı ve sıfır ayarı yapılır; dijital çıkışlar da kullanılıyorsa sensör ayarı gerekir. Aynı üreticinin örnek prosedüründe kontrol, ayardan önce ve sonra ölçüm aralığının %0, %50 ve %100 noktalarında yapılır.

T2906-G ve T2906-DP’de sıfır ve ölçüm aralığı yerinde ayarlanabilir; BPT15’te de sıfır ve aralık genişliği (span) ayarlanabilir. Befa Proses, transmitterlerin montajı ve devreye alınması hizmetini de verir; ayrıntılar hizmetlerimiz sayfasındadır.

Transmitter seçerken nelere bakılır?

1. Ne ölçülecek? Basınç, fark basınç, seviye, debi, sıcaklık ya da bir analiz değeri; basınçta relatif, mutlak ya da fark basınç.
2. Akışkan ve ıslak parçalar: Prosese değen ıslak parçaların malzemesi akışkana uygun olmalıdır. Örneğin Smart Basınç Transmitterinde diyafram için AISI 316L, Hastelloy C ve tantal (tantalyum) seçenekleri vardır.
3. Ölçüm aralığı, doğruluk ve aşırı basınç: Beklenen en düşük ve en yüksek değer, kabul edilebilir hata ve cihazın dayanması gereken aşırı basınç (BPT15’te tam skalanın 1,5 katı ya da 110 MPa, hangisi küçükse).
4. Sıcaklık: Akışkan ve ortam sıcaklığı ayrı sınırlardır; T2906-G kataloğunda akışkan için -40 ile 104 °C, ortam için -30 ile 80 °C (LCD göstergeli tipte -30 ile 70 °C).
5. Çıkış sinyali ve besleme: Kontrol sisteminin giriş kartının kabul ettiği sinyal (4-20 mA, 0-10 V, HART, Modbus, Profibus PA ya da Foundation Fieldbus), 2, 3 ya da 4 telli bağlantı ve besleme gerilimi.
6. Montaj ve muhafaza: Proses bağlantısı (diş, flanş ya da hijyenik klemp), kompakt ya da ayrık montaj ve IP65, IP67, IP68 gibi koruma sınıfı.
7. Güvenlik fonksiyonu: Transmitter bir güvenlik enstrümanlı fonksiyonda kullanılacaksa ek ölçütler devreye girer; ayrıntılar SIL nedir rehberindedir.

Bu soruların cevaplarıyla ölçüm noktanızı bize anlatırsanız uygun transmitteri birlikte seçebiliriz. Befa Proses, Türkiye genelinde keşif ve cihaz seçimi danışmanlığı da verir.