สัญญาณ 4-20mA คืออะไร

สัญญาณ 4-20mA (4-20mA analog signal) คือสัญญาณไฟฟ้าแบบอนาล็อกชนิดหนึ่งที่ถูกใช้เป็นมาตรฐานสำหรับ รับ-ส่งสัญญาณของเครื่องมือวัดในอุตสาหกรรมจำพวก Sensor ต่างๆ โดยหลักการทำงานจะมีดังนี้

หากวัดค่าที่ 0 % เครื่องมือวัดจะส่งสัญญาณออกไป 4 mA

หากวัดค่าที่ 25 % เครื่องมือวัดจะส่งสัญญาณออกไป 8 mA

หากวัดค่าที่ 50 % เครื่องมือวัดจะส่งสัญญาณออกไป 12 mA

หากวัดค่าที่ 75 % เครื่องมือวัดจะส่งสัญญาณออกไป 16 mA

และหากวัดค่าที่ 100 % เครื่องมือวัดจะส่งสัญญาณออกไป 20 mA ตามตารางดังต่อไปนี้

โดยปกติแล้วอุปกรณ์ Sensor แบบ Analog ชนิดต่างๆจะมีการจ่ายสัญญาณมาตรฐานมา 2 แบบคือ

1. สัญญาณกระแสไฟฟ้ามาตรฐาน หรือ เรียกอีกอย่างหนึ่งก็คือ 4-20mA Signal 
2. สัญญาณแรงดันไฟฟ้ามาตรฐาน   เป็นการส่งสัญญาณในรูปของแรงดันไฟฟ้า (DC Voltage) มาตรฐานที่นิยมใช้คือ 1 – 5 VDC 

ทำไมต้องใช้สัญญาณ 4-20 mA

เพราะหากใช้สัญญาณ 0-20mA จะทำให้เราไม่สามารถทราบได้เลยว่าอุปกรณ์ตัวนั้นๆว่าค่าได้ 0% หรือเสียกันแน่ แต่หากเป็นสัญญาณ 4-20mA เราก็จะทราบได้ทั้นที่ว่าเครื่องวัดนั้นใช้งานได้อยู่หรือไม่เพราะหากใช้งานไม่ได้เครื่องมือจะส่งสัญญาณมาเป็น 0mA แต่หากใช้งานได้เครื่องมือจะส่งสัญญาณมาเป็น 4mA แทน ทำให้เราทราบได้ทั้นที่

หลักการดังกล่าวนั้นจึงใช้สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้า (1-5VDC) เช่นเดียวกัน

การใช้สัญญาณไฟฟ้า 4-20mA มีหลายข้อดีที่ทำให้มันเป็นทางเลือกที่น่าสนใจในการใช้งาน ดังนี้:

1. เสถียรภาพสูง: สัญญาณ 4-20mA มีความคงที่และเสถียรภาพสูง ซึ่งทำให้มันเหมาะสำหรับการใช้งานในสภาวะที่ต้องการความแม่นยำและเสถียรภาพ เช่น ในอุตสาหกรรม.

2. การสื่อสารไกล: สัญญาณ 4-20mA สามารถส่งไปยังอุปกรณ์หรือระบบระยะไกลได้โดยมีความแม่นยำ เราสามารถใช้สายสัญญาณไฟฟ้าที่ยาวเพื่อสื่อสารระยะไกลกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

3. ความปลอดภัย: สัญญาณ 4-20mA เป็นสัญญาณ Current Loop ซึ่งมีความปลอดภัยสูง เนื่องจากการไม่มีแรงดันไฟฟ้าในสายไฟทำให้ป้องกันการช็อตได้.

4. การดูแลรักษาง่าย: สัญญาณ 4-20mA มักมีความเสถียรสูงและมั่นคง การดูแลรักษาและการบำรุงรักษาต่ำ เนื่องจากมันไม่จำเป็นต้องแก้ไขหรือการปรับแต่งบ่อยครั้ง.

5. ความสามารถในการจำกัดค่า: สัญญาณ 4-20mA สามารถใช้ในการจำกัดค่าได้ โดยการกำหนดค่าสัญญาณ 4mA เป็นค่าต่ำสุดและค่าสัญญาณ 20mA เป็นค่าสูงสุด ซึ่งช่วยให้แสดงค่าอยู่ในเฉพาะช่วงที่กำหนดไว้เท่านั้น.

6. การใช้งานแบบ Loop-Powered: สัญญาณ 4-20mA สามารถทำงานได้แบบ Loop-Powered ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์สามารถใช้พลังงานจากสายสัญญาณไฟฟ้าเองได้โดยไม่ต้องมีแหล่งพลังงานเสริมเพิ่ม.

การใช้สัญญาณ 4-20mA มีประโยชน์มากในการควบคุมและวัดในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่ต้องการความแม่นยำและความเสถียรสูงในการทำงาน.

เซ็นเซอร์อะไรบ้างที่ใช้สัญญาณ 4-20mA

1. เซนเซอร์อุณหภูมิ (Temperature Sensor): เซนเซอร์แบบอินพุท 4-20mA สามารถใช้ในการวัดอุณหภูมิ โดยมีเซนเซอร์ต่าง ๆ เช่น เซนเซอร์ความร้อนต่ำหรือความร้อนสูง (RTD), เซนเซอร์เทอร์โมคัปเปิล (Thermocouple), หรือเซนเซอร์อุณหภูมิแบบอินฟราเรด (Infrared Thermometer) ที่ส่งสัญญาณ 4-20mA เพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิ.

2. เซนเซอร์ความดัน (Pressure Sensor): เซนเซอร์ความดันใช้สัญญาณ 4-20mA เพื่อวัดความดันในหลายๆ แอปพลิเคชัน เช่น การวัดความดันในระบบน้ำ, ระบบลม, หรือระบบไฮดรลิก.

3. เซนเซอร์ระดับน้ำ (Level Sensor): เซนเซอร์ระดับน้ำที่ใช้สัญญาณ 4-20mA สามารถใช้ในการวัดระดับน้ำในถัง, บ่อน้ำ, หรืออุปกรณ์ที่ต้องการควบคุมระดับน้ำ.

4. เซนเซอร์แก๊ส (Gas Sensor): เซนเซอร์สำหรับการตรวจจับแก๊สมักใช้สัญญาณ 4-20mA เพื่อรายงานระดับความเข้มข้นของแก๊สในสภาวะที่ต้องการความแม่นยำและเสถียรภาพ.

5. เซนเซอร์การวัดระดับและระยะ (Distance and Level Sensor): เซนเซอร์เทคโนโลยีต่างๆ เช่น อัลตราซาวน์ด์ (Ultrasonic), ความดันของแก๊ส (Differential Pressure), และเซนเซอร์ความร้อนใช้สัญญาณ 4-20mA เพื่อวัดระยะหรือระดับของวัตถุหรือสิ่งแวดล้อม.

6. เซนเซอร์การวัดคุณภาพน้ำ (Water Quality Sensor): เซนเซอร์ที่ใช้ในการวัดคุณภาพน้ำ เช่น ความเป็นกรด-เบส, ความเข้มข้นของสารละลาย, หรือการส่งสัญญาณในการตรวจวัดคุณภาพน้ำสามารถใช้สัญญาณ 4-20mA.

7. เซนเซอร์อุณหภูมิแบบอินฟราเรด (Infrared Temperature Sensor): เซนเซอร์นี้ใช้ในการวัดอุณหภูมิของวัตถุโดยใช้รังสีอินฟราเรด และส่งสัญญาณ 4-20mA สำหรับข้อมูลอุณหภูมิ.

นี่เป็นเซนเซอร์บางประเภทที่ใช้สัญญาณ 4-20mA ในการส่งข้อมูล แต่ยังมีเซนเซอร์อื่น ๆ ที่ใช้สัญญาณนี้อีกมากมาย ขึ้นอยู่กับงาน

Data Logger สำหรับใช้ 4-20mA

โดยส่วนใหญ่แล้ว Data Logger ที่มีขายกันทั่วไปจะรับสัญญาณแบบแรงดันไฟฟ้ามากกว่า แต่หากเราต้องการใช้ร่วมกับ Sensor ที่เป็นสัญญาณ 4-20mA ก็ได้เช่นกัน แต่เราต้องมีตัวต้านทาน R เข้ามาต่อในวงจรเพื่อแปลงสัญญาณ 4-20mA ให้เป็น 1-5VDC เสียก่อน โดยค่าความต้านทานที่เหมาะสมคือ 250Ω 

จากกฎของโอห์ม V = I x R

แปลงค่ากระแส (DC) ต่ำสุดคือ 4mA จะได้    V = 0.004 x 250 = 1VDC

แปลงค่ากระแส (DC) สูงสุดคือ 20mA จะได้    V = 0.020 x 250 = 5VDC

เพราะฉะนั้น Data Logger ที่นำมาใช้จะต้องมีช่วงการวัด 1-5VDC ด้วยเช่นกัน

Hioki Data Logger

ช่องสัญญาณอินพุตในเครื่องบันทึกข้อมูลของ Hioki หลายๆรุ่นแยกออกจากตัวเครื่อง การออกแบบนี้ทำให้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วได้สูง นอกจากนี้ ฟังก์ชันตัวกรองดิจิทัลยังช่วยให้บันทึกสัญญาณได้อย่างแม่นยำในขณะที่ลดผลกระทบของสัญญาณรบกวนด้วย

Hioki LR5031 Instrumentation Logger เครื่องบันทึกค่าไฟฟ้า DC

HIOKI LR8450 เครื่องบันทึกข้อมูลอเนกประสงค์ | MEMORY HiLOGGER

• บันทึกข้อมูลข้อมูลลงบน SD Memory สะดวกในการถ่ายโอนข้อมูลไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์ด้วย LAN interface, USB interface
• สามารถตั้ง Sampling interval ความถี่ในการบันทึกข้อมูล 1 ms ถึง 1 hour (22 selections)
• ความความแม่นยำของการวัด Thermocouples (Type K, J, E, T, N, R, S, B, C) ที่เพิ่มขึ้น
• ช่องใส่ข้อมูลอนาล็อกแยก 120 ช่อง
• กะทัดรัดเพื่อพกพาได้สะดวก
• จอกว้างจอ LCD สว่าง อ่านค่าง่าย ชัดเจน

เครื่องมือสำหรับตรวจเช็คอุปกรณ์ 4-20mA

Hioki-SS7012 เครื่องกําเนิดสัญญาณ DC

เครื่องกําเนิดสัญญาณสัญญาณ DC (Voltage/ Current)
เหมาะสำหรับงานบำรุงรักษาตามมาตรฐาน
Constant voltage 2.5V / 25V
Constant current 25mA

สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม:

● เลือกซื้อ Hioki Data logger คลิ๊ก

● สามารถเยี่ยมชม บทความจาก LEGA CORPARATION ได้ที่นี้

● โทร. 02-746-9933

● LINE: @lega