คู่มือสายเคเบิลเครื่องมือวัด: โครงสร้าง การป้องกัน และการเลือก

สายเคเบิลเครื่องมือวัดคืออะไร

สายเคเบิลเครื่องมือวัดเป็นสายเคเบิลแรงดันต่ำที่ออกแบบเป็นพิเศษเพื่อส่งสัญญาณระหว่างเครื่องมือภาคสนาม เช่น เซ็นเซอร์ เครื่องส่ง ตัวควบคุม และระบบควบคุมในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมและกระบวนการ โดยการออกแบบหลักมุ่งเน้นไปที่ ปกป้องสัญญาณอ่อนและแม่นยำจากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและการรบกวน แทนที่จะส่งพลัง เป็นประเภทที่แตกต่างจากสายไฟซึ่งได้รับการออกแบบเพื่อให้ส่งกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ และจากสายเคเบิลข้อมูลซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการส่งสัญญาณดิจิตอลความเร็วสูง

โดยทั่วไปแล้วสายเคเบิลเหล่านี้จะมีสัญญาณอะนาล็อกขนาดเล็ก (เช่น ลูปกระแสไฟฟ้า 4-20mA) สัญญาณดิจิตอลแรงดันต่ำ หรือสัญญาณเทอร์โมคัปเปิลและ RTD ซึ่งทั้งหมดนี้ไวสูงต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากสายไฟ มอเตอร์ และไดรฟ์ความถี่แปรผันในบริเวณใกล้เคียงซึ่งมักพบในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรม

สายเคเบิลเครื่องมือวัดใช้สำหรับอะไร

• การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กระบวนการ (ความดัน อุณหภูมิ การไหล ระดับ) เพื่อควบคุมอุปกรณ์ในห้อง
• การส่งสัญญาณลูปกระแสอนาล็อก 4-20mA ระหว่างเครื่องส่งสัญญาณภาคสนามและระบบ PLC/DCS
• การเดินสายเซ็นเซอร์อุณหภูมิเทอร์โมคัปเปิลและ RTD ในโรงงานแปรรูป
• วงจรควบคุมและติดตามแรงดันต่ำในน้ำมันและก๊าซ การผลิตไฟฟ้า การบำบัดน้ำ และโรงงานผลิต
• การเดินสาย Fieldbus และโปรโตคอลการสื่อสาร โดยที่ความสมบูรณ์ของสัญญาณส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการควบคุมกระบวนการ

สายเคเบิลเครื่องมือวัดทำงานอย่างไร

สายเคเบิลเครื่องมือวัดปกป้องความสมบูรณ์ของสัญญาณผ่านการผสมผสานระหว่างการจับคู่ตัวนำ การป้องกัน และโครงสร้างทางกายภาพ แทนที่จะผ่านคุณสมบัติพิเศษใดๆ ของตัวนำทองแดงเอง คู่ตัวนำที่บิดเบี้ยวจะยกเลิกการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ผ่านหลักการที่สัญญาณรบกวนที่ได้รับเท่ากันบนสายทั้งสองของสายคู่ตีเกลียวจะถูกปฏิเสธที่อุปกรณ์รับ เนื่องจากปรากฏเป็นสัญญาณโหมดร่วม แทนที่จะเป็นสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลที่นำสัญญาณจริง

การป้องกันจะเพิ่มการป้องกันชั้นที่สองโดยการจัดให้มีสิ่งกีดขวางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นฟอยล์หรือทองแดงแบบถัก — รอบๆ คู่ตัวนำ ซึ่งจะดักจับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก และเมื่อต่อสายดินอย่างเหมาะสมที่ปลายด้านหนึ่ง จะระบายเสียงรบกวนที่เหนี่ยวนำลงสู่พื้นก่อนที่จะสามารถเชื่อมต่อกับตัวนำสัญญาณได้

การก่อสร้างและโครงสร้างสายเคเบิลเครื่องมือวัด

ประเภทและการใช้งานสายเคเบิลเครื่องมือวัด

• สายเคเบิลคู่เดียว: วงจรสัญญาณเดียว ใช้สำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์แบบจุดต่อจุดอย่างง่าย
• สายเคเบิลหลายคู่: คู่ตีเกลียวหลายคู่รวมอยู่ในแจ็คเก็ตตัวเดียว ซึ่งใช้โดยที่อุปกรณ์จำนวนมากส่งกลับไปยังแผงควบคุมทั่วไป
• สายเคเบิลสามสาย: ตัวนำสามตัวบิดเข้าหากัน ใช้สำหรับสัญญาณที่ต้องการการอ้างอิงเฉพาะหรือตัวนำกราวด์ต่อวงจร
• สายต่อเทอร์โมคัปเปิล: ใช้โลหะผสมของตัวนำที่จับคู่กับเทอร์โมคัปเปิลบางประเภทเพื่อรักษาความแม่นยำของสัญญาณอุณหภูมิ
• สายเคเบิลฟิลด์บัส: สร้างขึ้นเพื่อตอบสนองข้อกำหนดด้านอิมพีแดนซ์และความจุเฉพาะสำหรับโปรโตคอลการสื่อสารฟิลด์บัสแบบดิจิทัล

อธิบายสายเคเบิลเครื่องมือวัดแบบมีชีลด์

การป้องกันคือสิ่งที่แยกสายเคเบิลเครื่องมือวัดออกจากสายไฟแรงดันต่ำทั่วไป และมีอยู่โดยเฉพาะเพื่อป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและความถี่วิทยุจากการเชื่อมต่อกับตัวนำสัญญาณที่มีความละเอียดอ่อน โล่จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อต่อสายดินอย่างถูกต้องเท่านั้น — โดยทั่วไปจะอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างกราวด์กราวด์ที่จะนำสัญญาณรบกวนเข้าสู่วงจรแทนที่จะกำจัดมัน

ชิลด์ฟอยล์ให้การครอบคลุมเกือบ 100% ต่อการรบกวนความถี่สูง และมีน้ำหนักเบากว่าและราคาถูกกว่า ในขณะที่ชีลด์แบบถักให้ความทนทานเชิงกลที่ดีกว่าและความต้านทานต่ำกว่าที่ความถี่ต่ำกว่า แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีการครอบคลุมน้อยกว่าเล็กน้อยกว่าชีลด์ฟอยล์ที่มีการติดอย่างดี โครงสร้างสายเคเบิลบางแบบผสมผสานทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน — ชีลด์ฟอยล์ที่มีการถักเปียด้านบน — สำหรับการใช้งานที่เผชิญกับทั้งสัญญาณรบกวนความถี่สูงและเงื่อนไขทางกลหรือการโค้งงอที่ต้องการ

ประโยชน์ของสายเคเบิลเครื่องมือวัดคู่บิด

การจับคู่ตัวนำที่บิดเข้าด้วยกันทำให้เกิดการปฏิเสธสัญญาณรบกวนผ่านกลไกทางเรขาคณิตล้วนๆ: แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนใดๆ จะจับคู่กันเกือบเท่าๆ กันบนตัวนำทั้งสองของคู่ที่บิดแน่นแน่น เนื่องจากโดยพื้นฐานแล้วพวกมันครอบครองตำแหน่งทางกายภาพเดียวกันโดยสัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดเสียงที่จุดใดก็ตามตามสายเคเบิล เนื่องจากอุปกรณ์รับสัญญาณจะอ่านความแตกต่างระหว่างตัวนำทั้งสอง สัญญาณรบกวนที่เกิดจากการกระตุ้นอย่างเท่าเทียมกันจะตัดออก ในขณะที่สัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลจริงผ่านไปได้โดยไม่ได้รับผลกระทบ

อัตราการบิด (จำนวนการบิดต่อความยาวหน่วย) ส่งผลต่อประสิทธิภาพของการยกเลิกนี้ที่ความถี่รบกวนต่างๆ โดยทั่วไปการบิดที่แน่นกว่าจะให้การปฏิเสธสัญญาณรบกวนความถี่สูงได้ดีกว่า ซึ่งเป็นสาเหตุที่สายเคเบิลสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวนสูงหรือสัญญาณดิจิทัลความถี่สูงมักจะระบุอัตราการบิดที่แน่นและควบคุมได้มากกว่าการบิดหลวมทั่วไป

ประเภทการป้องกันสายเคเบิลเครื่องมือวัด

คู่มือข้อมูลจำเพาะสายเคเบิลเครื่องมือวัด

การระบุสายเครื่องมือวัดอย่างถูกต้องจำเป็นต้องจับคู่พารามิเตอร์หลายตัวกับประเภทสัญญาณ สภาพแวดล้อม และวิธีการติดตั้ง แทนที่จะตั้งค่าเริ่มต้นเป็นข้อมูลจำเพาะ "สายสัญญาณ" ทั่วไป ข้อมูลจำเพาะหลักประกอบด้วยเกจตัวนำ จำนวนคู่และการกำหนดค่า ประเภทชีลด์ วัสดุฉนวนและปลอกหุ้ม และพิกัดแรงดันไฟฟ้า/อุณหภูมิ

• เกจตัวนำ (AWG): ขนาดสำหรับกระแสสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าตกที่ยอมรับได้ตลอดความยาวสายเคเบิล
• จำนวนคู่/สาม: จับคู่กับจำนวนเครื่องมือหรือวงจรที่กำหนดเส้นทาง
• ประเภทชีลด์และความครอบคลุม: เลือกตามสภาพแวดล้อมทางเสียงและความถี่ของการรบกวนที่คาดหวัง
• วัสดุปลอกหุ้ม: PVC สำหรับการใช้งานภายในอาคารทั่วไป สารประกอบพิเศษ (LSZH, XLPE) สำหรับการใช้งานที่เป็นอันตราย กลางแจ้ง หรือทนไฟ
• อัตราอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้า: ตรงกับสภาพแวดล้อมการติดตั้งและข้อกำหนดวงจรสัญญาณ

วิธีการเลือกสายเคเบิลเครื่องมือวัด

การเลือกสายเคเบิลเครื่องมือวัดเริ่มต้นด้วยประเภทสัญญาณที่กำลังส่ง — สัญญาณกระแสแอนะล็อก, ดิจิตอลแรงดันต่ำ หรือสัญญาณเซ็นเซอร์อุณหภูมิ — เนื่องจากสิ่งนี้จะกำหนดจำนวนตัวนำ เกจ และโครงสร้างคู่บิดหรือเกลียวสามบิดมีความเหมาะสมหรือไม่ จากนั้น ให้ประเมินสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่มีสัญญาณรบกวนตามเส้นทางสายเคเบิลที่วางแผนไว้: ความใกล้ชิดกับสายไฟ มอเตอร์ หรือไดรฟ์ความถี่แปรผันควรดันไปสู่ส่วนกำบังที่มีความครอบคลุมสูงกว่า

• ระบุประเภทสัญญาณและการกำหนดค่าตัวนำ/คู่ที่จำเป็นก่อน
• ประเมินแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าตามเส้นทางสายเคเบิลเพื่อกำหนดข้อกำหนดในการป้องกัน
• จับคู่วัสดุแจ็คเก็ตกับสภาพแวดล้อมการติดตั้ง — ภายใน ภายนอก พื้นที่ฝัง หรือพื้นที่อันตราย
• ยืนยันการปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องสำหรับโรงงาน (ระดับการยิง การจำแนกสถานที่อันตราย)
• ตรวจสอบแผนการต่อสายดินสำหรับการต่อสายชีลด์ก่อนที่จะทำการเลือกสายเคเบิลให้เสร็จสิ้น เนื่องจากการต่อสายดินที่ไม่เหมาะสมจะบ่อนทำลายประโยชน์ของการชีลด์โดยไม่คำนึงถึงคุณภาพของสายเคเบิล