Mittaussignaalin (4-20 mA) muodostuminen

Teollisuudessa tietoa prosessin tilasta kerätään mittaamalla. Yleisimmin mitataan perussuureita kuten lämpötila, pinnan-korkeus, paine ja virtaus. Mittaaminen tapahtuu kohdetta koskettaen tai koskettamatta.

1. Lähetin (Transmitter)

Laite, joka suorittaa mittaamisen on nimeltään lähetin. Lähetin muodostaa mittaussuuretta vastaavan mittaussignaalin, jonka se lähettää edelleen valvomolaitteelle. Mittaussignaali on ns. standardisignaali 4-20 mA, joka voidaan mitata yleismittarilla lähettimen päästä.

2. Anturi (Element)

Joissakin mittauksissa lähetin ja anturi on eroteltu toisistaan. Silloin anturi on se, joka koskettaa mitattavaa kohdetta. Anturi lähettää lähettimelle mittausta vastaavan heikon anturisignaalin ja lähetin muuttaa sen edelleen standardisignaaliksi. Esim. termoelementissä, jolla mitataan lämpötilaa, anturi koskettaa mittauskohdetta ja lähetin asennetaan anturin päälle suojakoppaan.

3. Osoitinkoje (Indicator)

Valvomolaite esim. osoitinkoje muuttaa vuorostaan lähettimeltä saamansa signaalin mittaussuuretta vastaavaksi yksiköksi.

4. Lähettimen ja osoitinkojeen viritys

Lähettimen virityksellä tarkoitetaan, että lähetin skaalataan tietylle alueelle. Esim. lähetin viritetty siten, että 0 m <-> 4 mA 30 m <-> 20 mA. Tällöin samassa mittauspiirissä vastaavasti osoitinkoje on viritetty alueelle 4 mA <-> 0 m yläraja 20 mA <-> 30 m.

Esim. säiliön pinnankorkeuden mittaus (katso kuva)

Säiliön korkeus on 30 m, joten pinnankorkeus vaihtelee välillä 0-30 m. Lähetin muuttaa pinnankorkeuden sähköiseksi standardisignaaliksi 4-20 mA. Se tarkoittaa, että kun säiliö on tyhjä (0 m), lähetin lähettää 4 mA:n signaalin osoitinkojeelle. Osoitinkoje muuttaa signaalin takaisin metreiksi eli 0 m.
Kun säiliö on täysi (30 m), lähetin lähettää 20 mA:n signaalin osoitinkojeelle ja osoitinkoje muuttaa signaalin takaisin metreiksi eli osoitinkoje näyttää 30 m.

5. Pneumaattinen standardiviesti, PI- ja IP -muunnin

Lähettimet, valvomolaitteet ja toimilaiteet voivat olla myös pneumaattisia. Pneumaattisia laitteita käytetään etenkin silloin, kun on kyse räjähdysvaarallisista prosesseista. Tällöin standardisignaali ei olekaan 4 - 20 mA vaan 0,2 - 1,0 bar.

Jos siis lähetin on pneumaattinen, se lähettää pneumaattisen standardiviestin eteenpäin. Sen suuruus on 0,2 - 1,0 bar (vrt. kohta 1).

Valvomolaitteen, joka vastaanottaa viestin, täytyy olla myös pneumaattinen tai sitten lähettimen ja valvomolaitteen väliin täytyy asentaa muunnin, joka muuttaa pneumaattisen viestin sähköiseksi. Tällainen on PI -muunnin (P=pneumaattinen, I=sähkövirta).

Vastaavasti käytössä voi olla sähköinen säädin, joka lähettää ohjaussignaalin toimilaitteelle, joka onkin pneumaattinen. Tällöin tarvitaan väliin IP -muunnin, joka muuttaa sähköisen standardiviestin pneumaattiseksi standardiviestiksi.