Przetwornik prądu to urządzenie, które przekształca przemienne lub stałe sygnały prądu elektrycznego na analogowe sygnały oprzyrządowania, dzięki czemu mogą być używane i łatwo interpretowane przez niektóre przemysłowe systemy sterowania. Przez większość czasu nie wyglądają zbyt dobrze z zewnątrz; zwykle mają kształt kwadratu lub prostokąta i mogą przypominać przenośny głośnik z gniazdami na kable wejściowe i wyjściowe. Jednak ich funkcja jest naprawdę ważna w wielu różnych operacjach mechanicznych. Energia elektryczna jest niezbędna do obsługi wielu rodzajów maszyn i procesów o dużej mocy w produkcji i innych warunkach przemysłowych. Proste podłączenie maszyn do gniazdek nie zawsze jest jednak najlepszym rozwiązaniem, i tu wkraczają przetworniki. Urządzenie pobiera surową energię ze źródła i konwertuje ją na dokładnie takie parametry, jakich wymaga maszyna po stronie wejściowej. Inżynieria stojąca za przebiegiem tego procesu może być dość złożona, ale w większości przypadków najważniejszy jest prosty fakt jego działania.
Przetworniki ogólnie
Ogólnie termin „przetwornik” jest używany dla dowolnego urządzenia lub mechanizmu, który przekształca energię elektryczną w inne formy energii. Przetworniki są zwykle częścią na przykład głośników audio, które przekształcają energię elektryczną w energię audio; w przetwornikach ciśnienia zamieniają się na sygnalizację elektryczną. Łączny termin „przetwornik prądu” jest jednak zwykle używany wyłącznie w ustawieniach, które wymagają konwersji sygnałów prądu zmiennego (AC) lub prądu stałego (DC) na analogową podstawę sygnału. Przekształcają zmierzoną wartość prądu AC lub DC, być może zasilania silnika lub pompy, na analogową wartość procesową prądu stałego 4-20 miliamperów (mA) lub sygnał pneumatyczny o wartości 3-15 psi dla pneumatycznych systemów sterowania. Urządzenia te zwykle wydają się działać na normalnej energii elektrycznej, ale przetwornik reguluje energię i moc wyjściową.
Główne zastosowania
Obecne przetworniki weszły do powszechnego użytku w latach 1970. i 80., gdy duże zakłady przetwórcze, takie jak rafinerie ropy naftowej, były komputeryzowane. Większość z nich była do tej pory sterowana przez pneumatyczne systemy sterowania, ze względu na nieodłączne bezpieczeństwo pneumatyki w środowiskach łatwopalnych i wybuchowych. Aby komputery mogły korzystać z informacji w czasie rzeczywistym pochodzących z wielu pneumatycznych przetworników procesowych mierzących temperatury, ciśnienia, przepływy, poziomy i inne zmienne, ich pneumatyczne wyjścia musiały zostać przekonwertowane na sygnały elektroniczne za pomocą ciśnienia.
W tych zakładach znajdowały się również setki pneumatycznie uruchamianych zaworów sterujących, które musiały otrzymywać instrukcje wyjściowe z komputera sterującego. W większości przypadków komputery te wysyłały sygnały jako analogowe sygnały prądowe 4-20 mA DC. Wymagało to konwersji prądu na pneumatyczny. Przemysł wkrótce nazwał te przetworniki I do P lub I/P, przy czym „I” oznacza wejście prądowe, a „P” oznacza wyjście pneumatyczne.
Znaczenie pól magnetycznych
Większość przetworników I/P przetwarza swoje sygnały elektroniczne na pneumatyczne, przepuszczając prąd przez uzwojoną cewkę w polu magnetycznym, które moduluje dyszę przeciwciśnieniową w pneumatycznym obwodzie pilotowym, który zapewnia wyjście pneumatyczne 3-15 psi. Urządzenia ciśnieniowe do prądu wykorzystują membrany ciśnieniowe, które są mechanicznie połączone z wzbudzonymi tensometrami, czujnikami piezoelektrycznymi lub czujnikami pojemności, które napędzają sekcję wzmacniacza wyjściowego. Przesyłają one następnie wymagany prąd wyjściowy 4-20 mA DC do systemów sterowania.
Urządzenia do konwersji
Termin ten, odnoszący się do branży sterowniczej, jest również używany do definiowania określonych urządzeń do konwersji. Urządzenia te zamieniają analogowe sygnały procesowe 4-20 mA DC na analogowe sygnały pneumatyczne 3-15 psi w celu uruchomienia proporcjonalnych pneumatycznych zaworów sterujących lub konwersji sygnałów ciśnienia na proporcjonalne analogowe sygnały procesowe 4-20 mA DC. Pomiary te są zwykle używane do opisania procesu przebiegającego normalnie. Konwertując rzeczywiste sygnały z przyrządu do tych znormalizowanych zakresów, pomiary wykraczające poza te zakresy można odnotować i wykorzystać w diagnostyce.
Przetworniki specyficzne dla czujnika
Niektóre typy czujników, zwykle te, które mierzą strumień magnetyczny przewodnika zasilającego w celu wykrywania prądów silników napędowych maszyn i urządzeń procesowych, mogą również nosić nazwę przetwornika prądu. Są one zwykle związane z przesyłaniem analogowego sygnału miliamperowego lub napięciowego do systemów sterowania.
Przetworniki z rdzeniem stałym mają transformatory z zamkniętą pętlą pierścieniową, które należy nasunąć na tymczasowo otwarty koniec przewodu zasilającego. Z drugiej strony przetworniki z dzielonym rdzeniem mają zawiasową stronę pierścienia transformatora, którą można tymczasowo otworzyć, aby umożliwić nasunięcie się pierścienia na przewodnik, którego nie można odłączyć. Zwykle zawierają prostownik i regulowany obwód kondycjonowania wyjścia, aby umożliwić określone kalibracje dla analogowych systemów sterowania.