Przetwornik ciśnienia to jedna z tych części, o której nikt nie myśli, dopóki nie ulegnie awarii w najgorszym możliwym momencie. Jest cicho osadzony na złączce rurowej, podaje liczbę do panelu sterowania i wykonuje swoją pracę przez lata -, aż do momentu, gdy zła kalibracja lub skorodowana membrana spowodują nieplanowane przestoje w procesie. Jeśli wybierasz taki do nowej wersji, wymieniasz uszkodzoną jednostkę lub po prostu próbujesz dowiedzieć się, dlaczego otrzymane wyceny wahają się od 80 do 600 USD za coś, co wygląda na to samo urządzenie, ten przewodnik ma odpowiedzieć na pytania, które faktycznie pojawiają się w trakcie tego procesu.
Czym dokładnie jest przetwornik ciśnienia?
A przetwornik ciśnieniamierzy ciśnienie cieczy, gazu lub pary i przetwarza ten odczyt na znormalizowany sygnał elektryczny -, zwykle 4-20 mA, 0-10 V, lub protokół cyfrowy, taki jak HART lub Modbus, który system PLC, DCS lub SCADA może odczytać bezpośrednio. Sygnał sprawia, że jest to raczej „nadajnik”, a nie tylko czujnik: jest zaprojektowany tak, aby przemieszczać się po kablu, czasem setki metrów, bez pogorszenia jakości.
Przetwornik ciśnienia vs. przetwornik vs. manometr
Ludzie używają tych trzech terminów luźno i w zapytaniach ofertowych, co może powodować prawdziwe zamieszanie.
- Ciśnieniomierz: w pełni mechaniczny, tylko odczyt tarczy lokalnej, brak sygnału elektrycznego.
- Przetwornik ciśnienia: przekształca ciśnienie na wartość elektryczną, ale zazwyczaj jest to surowy sygnał o niskim{0}}poziomie (w miliwoltach), który nadal wymaga zewnętrznego wzmocnienia.
- Przetwornik ciśnienia: ma wbudowane funkcje wzmacniania i kondycjonowania sygnału, dzięki czemu wysyła czysty,-gotowy do-sygnał-, który nie wymaga dodatkowego sprzętu po stronie klienta.
Jeśli Twój system sterowania musi rejestrować odczyt lub reagować na odczyt, potrzebujesz przetwornika. Jeśli ktoś potrzebuje tylko rzucić okiem na liczbę na panelu, miernik jest tańszy i prostszy.
Jak faktycznie działa przetwornik ciśnienia
Pozbądź się marki i żargonu z arkuszy danych, a każdy przetwornik ciśnienia będzie robił te same trzy rzeczy: wykrywa niewielkie odkształcenie fizyczne, przekształca je w wartość elektryczną i przetwarza tę wartość w użyteczny sygnał.
Etap odczuwania
Ciśnienie procesowe naciska na membranę, zwykle przez izolator-wypełniony olejem, który zapobiega kontaktowi cieczy procesowej z elektroniką. Ta membrana ugina się - często o ułamek milimetra -, a element czujnikowy rejestruje to wygięcie jako zmianę rezystancji, pojemności lub częstotliwości rezonansowej, w zależności od technologii czujnika.
Etap kondycjonowania
Nieprzetworzony sygnał wyjściowy z czujnika jest słaby,-nieliniowy i sam w sobie wrażliwy na wahania temperatury. Wewnętrzna elektronika wzmacnia go, koryguje dryf temperatury, linearyzuje krzywą i wysyła znormalizowany sygnał. Tutaj także większość różnicy w cenie między nadajnikiem za 90 dolarów a nadajnikiem za 400 dolarów tak naprawdę tkwi - nie w samym czujniku, ale w tym, jak dobrze elektronika kompensuje temperaturę i-długoterminowy dryf.
Dlaczego 4-20 mA stało się wartością domyślną
Przetwornik odczytujący 0 barów generuje na wyjściu 4 mA, a nie 0 mA. To zamierzone. Jeśli prąd w pętli spadnie do zera, system sterowania natychmiast wie, że doszło do przerwania przewodu lub martwego przetwornika, zamiast pomylić to z rzeczywistym stanem zerowego-ciśnienia. Jest to niewielki wybór projektowy, ale jest to powód, dla którego prąd 4–20 mA od dziesięcioleci utrzymuje się w zastosowaniach przemysłowych, mimo że dostępne są nowsze cyfrowe alternatywy.
Szybki przykład
Weź przetwornik o ciśnieniu znamionowym 0-16 barów na przewodzie tłocznym pompy. W stanie spoczynku ciśnienie wynosi 0 barów, a pętla wskazuje 4 mA. Gdy pompa pracuje, a ciśnienie w układzie wzrośnie do 8 barów - połowa zakresu znamionowego -, sygnał wzrasta proporcjonalnie do 12 mA. Przy pełnym ciśnieniu przetwornika wynoszącym 16 barów pętla osiąga 20 mA. Sterownik PLC przekształca ten prąd z powrotem na bary lub psi i może wywołać alarm w momencie przekroczenia ustawionego progu.
Główne technologie wykrywania
Piezorezystancyjny (tensometr)
Koń pociągowy branży. Tensometry są przyklejane lub rozpraszane na krzemowej lub metalowej membranie w układzie mostka Wheatstone'a. Wyginanie membrany zmienia rezystancję mierników i zaburza równowagę mostka, wytwarzając napięcie proporcjonalne do ciśnienia. Jest niedrogi, wytrzymały mechanicznie i obejmuje szeroki zakres - od kilku milibarów do tysięcy barów - i dlatego pojawia się w większości ogólnych zastosowań przemysłowych.
Pojemnościowy
Membrana tworzy tutaj jedną płytkę kondensatora, a ciśnienie zmienia szczelinę w stałą płytkę odniesienia. Czujniki pojemnościowe są znane z tego, że dobrze utrzymują swoją kalibrację przez długi czas, dlatego często pojawiają się w zastosowaniach, w których dryft jest kosztowny w celu skorygowania - pomiaru różnicy ciśnień przepływu, a dwa najczęstsze to poziom w zbiorniku.
Rezonansowy silikon
Element krzemowy-obrobiony mikroobróbką wibruje z ustaloną częstotliwością, a przyłożone ciśnienie zmienia tę częstotliwość w sposób, który można zmierzyć z bardzo dużą precyzją. Przetworniki te kosztują więcej, ale stanowią doskonały wybór, gdy aplikacja naprawdę nie toleruje na przykład dryftu - pomiarów rozliczeniowych, gdzie niewielki błąd pomiaru przekłada się bezpośrednio na pieniądze.
Piezoelektryczny (tylko ciśnienie dynamiczne)
Elementy piezoelektryczne generują ładunek pod wpływem stresu, ale ładunek ten z czasem ulatnia się, więc nie są w stanie utrzymać stabilnego odczytu statycznego. Nie są używane do codziennego monitorowania procesów, - są zbudowane do wychwytywania szybkich zdarzeń ciśnienia, takich jak skoki spalania lub wstrząsy hydrauliczne, gdzie szybkość reakcji jest ważniejsza niż dokładność statyczna.
Przykład terenowy, który warto znać
Na linii pakującej obsługującej pętlę CIP (czyszczenie-na-miejscu) występowały sporadyczne alarmy ciśnienia, które nie odpowiadały tym, co operatorzy widzieli na manometrze mechanicznym obok przetwornika. Sam nadajnik sprawdził się dobrze na stanowisku laboratoryjnym. Prawdziwą przyczyną okazało się uwięzione powietrze w przewodzie impulsowym zasilającym czujnik -. Jest to powszechny i nudny problem, który częściej niż powinien, jest mylony z wadliwym przyrządem. Po odpowietrzeniu i ponownym napełnieniu linii odczyty się zgadzały i alarmy ustały. Przypomina to, że nadajnik jest tak dokładny, jak jego instalacja; czujnik rzadko zasługuje na winę, jaką otrzymuje.
Specyfikacje, które faktycznie mają znaczenie przy porównywaniu ofert
Dwa przetworniki mogą wyglądać niemal identycznie na papierze, a po zainstalowaniu nadal działać zupełnie inaczej. Przed podpisaniem zamówienia sprawdź:
- Dokładność- podane jako procent pełnej skali (±0,1% pełnej skali, ±0,25% pełnej skali itp.). Zakup większej dokładności, niż wymaga tego proces, po prostu zawyża koszty, bez korzyści.
- Zasięg i ocena nadciśnienia- Twoje ciśnienie robocze powinno mieścić się w zakresie znamionowym, z wystarczającym marginesem, aby przetrwać sporadyczne skoki.
- Sygnał wyjściowy- 4-20mA pozostaje wartością domyślną; HART, Modbus RTU lub Profibus PA są warte dodatkowych kosztów, jeśli potrzebujesz wbudowanej-diagnostyki.
- Zwilżone materiały- 316Stal nierdzewna L przeznaczona jest do większości zastosowań ogólnych; media żrące lub-o wysokiej czystości mogą wymagać Hastelloy, Monel lub tantal.
- Połączenie procesowe- typ i rozmiar gwintu muszą dokładnie odpowiadać istniejącym łącznikom; jest to najczęstszy błąd przy zamawianiu.
- Ochrona przed wnikaniem i klasyfikacja obszaru- IP65/IP67 dla większości zastosowań przemysłowych; Certyfikaty ATEX, IECEx lub iskrobezpieczne dla stref niebezpiecznych.
Gdzie kupujący zwykle wpadają w pułapkę
Największym błędem nie jest wybór niewłaściwej technologii czujnika, - to porównywanie ofert wyłącznie na podstawie ceny bez sprawdzenia, czy jednostki rzeczywiście są jabłkami-do-jabłek. Przetwornikowi oferowanemu za ułamek ceny konkurencji często brakuje czegoś: brak certyfikatu kalibracji, brak kompensacji temperatury w pełnym zakresie lub zwilżony materiał, który nie wytrzyma rzeczywistego płynu procesowego. Luka ta zwykle pojawia się dopiero po kilku miesiącach użytkowania, kiedy to koszt awarii i wymiany znacznie przewyższa kwotę zaoszczędzoną w ramach pierwotnego zamówienia.
Warto poprosić bezpośrednio o certyfikat kalibracji (ISO 17025 lub równoważną identyfikowalność), rzeczywisty zakres kompensacji temperatury -, a nie tylko zakres roboczy - i potwierdzenie zgodności zwilżanego materiału z konkretnymi mediami, a nie tylko ogólną tabelę odporności chemicznej.
Typowe zastosowania
- Uzdatnianie wody i ścieków - sterowanie pompą, poziom w zbiorniku za pomocą ciśnienia hydrostatycznego
- Monitorowanie rurociągów naftowych, gazowych i petrochemicznych -, kontrola procesów w głowicach odwiertów i rafineriach
- HVAC i automatyka budynków - ciśnienie w agregacie chłodniczym, ciśnienie statyczne w kanale
- Przetworniki higieniczne - do żywności i napojów do systemów CIP i zbiorników procesowych
- Hydraulika i pneumatyka - sprzęt mobilny, stanowiska badawcze, wtryskiwanie
- Wytwarzanie energii - ciśnienie wody zasilającej kocioł i pary
Nawyki instalacyjne, które warto przyjąć
- Przed uruchomieniem należy odpowietrzyć przewody impulsowe, aby zapobiec przedostawaniu się uwięzionego powietrza do wnętrza odczytów ciśnienia cieczy
- Dwukrotnie-sprawdź orientację montażową jednostek różnicy ciśnień -, wpływa to na przesunięcie
- Dopasuj uszczelki i materiały uszczelek do cieczy procesowej, a nie tylko do tego, co już znajduje się na półce
- Dokonuj ponownej kalibracji zgodnie z harmonogramem, zamiast czekać, aż odczyt będzie wyglądał na „nieprawidłowy”
- Nigdy nie pozwalaj, aby stany nieustalone podczas rozruchu przekroczyły znamionowy limit nadciśnienia, nawet na krótko. - uszkodzenie membrany spowodowane impulsem jest często trwałe, nawet jeśli normalne działanie mieści się w dopuszczalnym zakresie
Często zadawane pytania
Czy przetwornik ciśnienia może mierzyć podciśnienie?
Tak, jeśli jest przystosowany do zakresu złożonego obejmującego podciśnienie - około -1 do 5 barów. Nie każdy model to obsługuje, dlatego przed złożeniem zamówienia należy to potwierdzić w arkuszu danych.
Jak często należy kalibrować przetwornik ciśnienia?
Roczna wartość bazowa jest powszechną wartością bazową dla większości pętli przemysłowych, chociaż aplikacje-krytyczne dla bezpieczeństwa lub związane z przekazywaniem-dozoru mogą wymagać krótszych odstępów czasu. Typy czujników o wysokiej{3}}stabilności mogą czasami wydłużyć ten przedział, ale należy to zweryfikować pod kątem konkretnego procesu i wszelkich wymogów prawnych, a nie zakładać.
Jaka jest różnica między przetwornikami ciśnienia względnego, bezwzględnego i różnicy ciśnień?
Ciśnienie względne mierzy się w stosunku do ciśnienia atmosferycznego i jest to najbardziej powszechny typ w powszechnym użyciu. Ciśnienie bezwzględne mierzone jest w odniesieniu do pełnej próżni. Różnica ciśnień mierzy różnicę między dwoma oddzielnymi punktami i jest szeroko stosowana do pomiaru przepływu i poziomu hydrostatycznego w zbiorniku.
Czy wyższa cena zawsze oznacza lepszą dokładność?
Nie. Cena odzwierciedla certyfikaty, jakość wykonania, markę i czas realizacji w równym stopniu, jak odzwierciedla dokładność. Jest całkowicie możliwe, że nadajnik ze średniej-ceny będzie lepszy od nadajnika-markowej klasy premium pod względem rzeczywistej-stabilności na świecie -. Dokładność arkusza danych jest lepszym wskaźnikiem niż cena.
Ostatnie przemyślenia
Przetwornik ciśnienia to mały element sprzętu wykonujący zadanie, od którego po cichu zależy pętla sterująca lub blokada bezpieczeństwa. Zrozumienie, co faktycznie dzieje się w środku - element czujnikowy, elektronika kondycjonująca, ustandaryzowane wyjście - znacznie ułatwia krytyczną lekturę arkusza danych i zadawanie trafniejszych pytań przed złożeniem zamówienia, zamiast kierować się wyłącznie ceną. W razie wątpliwości przesłanie do dostawcy mediów procesowych, zakresu ciśnień i wymaganych certyfikatów zwykle wystarcza, aby otrzymać rekomendację odpowiedniego czujnika, bez konieczności ciągłego powtarzania--z powrotem.
Referencje
- Międzynarodowe Towarzystwo Automatyki (ISA) -Terminologia dotycząca oprzyrządowania procesowego, ISA-51.1
- Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST) - podstawy pomiaru ciśnienia, nist.gov
- Dyrektywa ATEX 2014/34/UE - Sprzęt do użytku w atmosferach potencjalnie wybuchowych
- IEC 60529 - Stopnie ochrony zapewniane przez obudowy (kod IP)
- ISO/IEC 17025 - Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących
