Przetworniki są ważnym elementem systemów automatycznego sterowania. Przetworniki ciśnienia stosowane są głównie do pomiaru i kontroli parametrów ciśnienia w procesach przemysłowych, a ich zastosowanie jest szeroko stosowane w przemyśle naftowym, chemicznym i energetycznym. Istnieje wiele typów przetworników ciśnienia, sklasyfikowanych na różne sposoby w zależności od ich zasady działania i zastosowań. Przetworniki ciśnienia służą głównie do zdalnego wyświetlania i kontroli ciśnienia. Często działają w środowiskach o wysokiej temperaturze, niskim ciśnieniu, korozji i wibracjach, co skutkuje większym prawdopodobieństwem awarii. Dlatego badania nad czynnikami wpływającymi i typowymi awariami przetworników ciśnienia są bardzo znaczące.
1. Typowe typy przetworników ciśnienia
Przetwornik ciśnienia to przyrząd, który może przetwarzać zmienne ciśnienia na standardowy sygnał wyjściowy. Istnieje pewna zależność funkcjonalna pomiędzy zmienną ciśnienia a sygnałem wyjściowym. Ze względu na różne zasady działania przetworniki ciśnienia można podzielić na następujące typy:
(1) Przetworniki piezorezystancyjne. Przetworniki piezorezystancyjne wywierają nacisk na przednią powierzchnię membrany, powodując jej odkształcenie. Z tyłu membrany-mierzącej ciśnienie nadrukowany jest rezystor grubowarstwowy, tworząc mostek Wheatstone’a. Pod wpływem efektu piezorezystancyjnego mostek generuje sygnał napięciowy, który jest wprost proporcjonalny do napięcia wzbudzenia.
(2) Nadajniki piezoelektryczne. Przetworniki piezoelektryczne wykorzystują dodatni efekt piezoelektryczny. Efekt ten polega na przyłożeniu siły zewnętrznej do elektrolitu, powodując jego odkształcenie. Polaryzacja zachodzi w elektrolicie, w wyniku czego na jego dwóch powierzchniach powstają ładunki dodatnie i ujemne. Po usunięciu siły zewnętrznej elektrolit powraca do stanu nienaładowanego. Polaryzacja ładunku zmienia się wraz z kierunkiem przyłożonej siły. Przyłożenie pola elektrycznego w kierunku polaryzacji elektrolitu również powoduje odkształcenie; odkształcenie to znika po usunięciu. Jest to odwrotny efekt piezoelektryczny.
(3) Przetworniki tensometryczne. Do łączenia tensometrów ze sobą stosuje się specjalne kleje, powodując w ten sposób naprężenia mechaniczne. Kiedy zmienia się siła działająca na maszynę, tensometry rezystancyjne również ulegną w pewnym stopniu odkształceniu, wpływając w ten sposób na wartość rezystancji i zmieniając napięcie na rezystorze. Jednak zmiana wartości rezystancji jest w tym przypadku stosunkowo niewielka. Zwykle tworzą mostek naprężający, który jest wzmacniany przez wzmacniacz przyrządowy i ostatecznie przesyłany do obwodu przetwarzającego w celu wyświetlenia lub wykonania.
(4) Nadajnik pojemnościowy. Przetworniki pojemnościowe dzielą się na elektryczne i pneumatyczne. Znormalizowanym sygnałem wejściowym pierwszego jest sygnał prądu stałego, a sygnałem wyjściowym drugiego jest ciśnienie gazu. Obydwa ciśnienia mierzonego medium wprowadzane są odpowiednio do komory wysokiego i niskiego ciśnienia, oddziałując na membrany izolacyjne po obu stronach elementu czułego. Membrana pomiarowa i elektrody na arkuszach izolacyjnych po obu stronach tworzą kondensator. Gdy ciśnienie po obu stronach jest różne, moduł zostanie przesunięty, a prąd po obu stronach będzie inny. Pod wpływem oscylacji i regulacji powstają prądowe, napięciowe lub cyfrowe sygnały wyjściowe.
2. Zasada działania przetwornika ciśnienia
Przetwornik ciśnienia składa się z obwodu modułu, głowicy wyświetlacza, czujnika ciśnienia i obudowy. Różnica ciśnień z dwóch rurek prowadzących ciśnienie oddziałuje na membranę mierzoną przez czujnik przetwornika. Element pomiarowy przetwarza odebrany sygnał ciśnienia na standardowy sygnał prądowy i napięciowy i wysyła sygnał do alarmu, rejestratora i regulatora w celu wtórnego pomiaru.
3. Typowe usterki przetworników ciśnienia
Przetworniki ciśnienia nieuchronnie doświadczają różnych usterek podczas użytkowania. Może na nie wpływać wiele czynników, takich jak wyciek płynu wypełniającego pomiędzy wewnętrzną przegrodą a elementem czujnikowym,-odchylenia punktu zerowego i zakresu oraz niestabilność sygnału wyjściowego, a wszystko to może prowadzić do zmniejszenia dokładności, a nawet uszkodzenia. Warunki pogodowe również wpływają na nadajnik; na przykład uderzenia pioruna mogą uszkodzić obwód membrany, powodując awarię komunikacji. Wilgotne środowisko może uszkodzić okablowanie. Niewłaściwy dobór zakresu może spowodować nieodwracalne odkształcenie elementu czujnikowego. Poniżej opisano kilka typowych typów usterek:
(1) Awarie obwodów Gdy wystąpi awaria linii, komputer wyświetla nieprawidłowe wartości. Otwórz skrzynkę przyłączeniową nadajnika i sprawdź, czy nie ma luźnych połączeń, zwarć lub otwartych obwodów. Rozwiązywanie problemów przy użyciu takich metod, jak pomiar zasilania, izolacji i rezystancji.
(2) Zakłócenia związane z konwersją częstotliwości. Podczas okablowania różne linie sygnałowe kolidują ze sobą, szczególnie gdy linie energetyczne i sygnałowe są podłączone do tego samego przewodu. Zakłócenia te są poważniejsze i mogą spowodować brak komunikacji lub nawet nieprawidłowe działanie nadajnika. Można tego uniknąć, zwiększając odległość pomiędzy kablem przyrządowym a korytkiem kabla zasilającego.
(3) Usterka kranu ciśnieniowego. Usterki kranu ciśnieniowego zazwyczaj dzielą się na trzy typy: zablokowanie, wyciek powietrza i nagromadzenie cieczy. Zablokowanie jest zwykle spowodowane przedwczesnym drenażem lub brudnym/lepkim medium. Wycieki powietrza spowodowane są licznymi połączeniami przetwornika,-zaworami odcinającymi i innymi akcesoriami, co zwiększa liczbę punktów wycieków. Gromadzenie się cieczy jest zwykle spowodowane nieprawidłowym poborem ciśnienia gazu lub nieprawidłowym montażem kranu ciśnieniowego, co wpływa na dokładność pomiaru.
Błąd transmisji sygnału elektrycznego. Niewłaściwe użytkowanie lub konserwacja przetworników ciśnienia może łatwo doprowadzić do awarii transmisji sygnału elektrycznego. Na przykład umieszczenie nadajnika w pobliżu testowanego urządzenia, aby zaoszczędzić czas, może spowodować, że odległość transmisji sygnału będzie zbyt duża, co spowoduje zakłócenia lub osłabienie sygnału. W takich przypadkach należy w razie potrzeby zwiększyć-przekrój poprzeczny kabla.
4. Rozwiązywanie problemów z przetwornikiem ciśnienia
4.1 Zerowy sygnał wyjściowy
Gdy przetwornik ciśnienia wyświetla ciśnienie zerowe, można podjąć następujące kroki: Najpierw sprawdź, czy w rurociągu panuje ciśnienie i czy przyrząd jest normalnie zasilany. Następnie sprawdź, czy polaryzacja zasilania jest odwrócona. Na koniec sprawdź płytkę elektroniczną, czujnik ciśnienia i napięcie zasilania przetwornika.
4.2 Brak reakcji po zastosowaniu ciśnienia
Jeżeli po podaniu ciśnienia nie ma reakcji, należy sprawdzić, czy zawory na rurze poboru ciśnienia działają prawidłowo, czy zworka funkcji zabezpieczającej przetwornika działa prawidłowo, czy rura poboru ciśnienia jest zablokowana, sprawdzić punkt zerowy i zakres przetwornika oraz wymienić czujnik ciśnienia.
4.3 Odchylenie odczytu zmiennej ciśnienia
Gdy przetwornik ciśnienia wyświetla odczyt ciśnienia znacznie wyższy lub niższy od normalnego, najpierw sprawdź, czy nie ma wycieku w rurze poboru ciśnienia. Następnie sprawdź zawory na rurze poboru ciśnienia i-dokładnie wyreguluj czujnik. Jeśli problem będzie się powtarzał, wymień czujnik ciśnienia.
4.4 Niestabilne odczyty zmiennych ciśnienia
Problem ten można rozwiązać, izolując zewnętrzne źródła zakłóceń, sprawdzając, czy nie ma wycieków w-rurze przewodzącej ciśnienie, sprawdzając, czy w rurociągu nie ma zanieczyszczeń, sprawdzając membranę pod kątem oznak zużycia lub deformacji oraz sprawdzając-głowicę membrany wykrywającej ciśnienie.
5. Wniosek
Czujniki ciśnienia są szeroko stosowane. Niezależnie od tego, czy produkt pochodzi z kraju, czy z importu, podczas użytkowania mogą wystąpić różne awarie spowodowane środowiskiem pracy, niewłaściwą obsługą lub przyczynami nieodłącznymi. Dlatego musimy nie tylko działać zgodnie ze standardowymi specyfikacjami zawartymi w instrukcji obsługi, ale także opanować wiedzę dotyczącą prawidłowej diagnostyki usterek, konserwacji i napraw, aby zapewnić żywotność i dokładność pomiaru czujnika ciśnienia.
