wersja mobilna
Online: 809 Środa, 2017.09.20

Temat miesiąca

Współczesne przetworniki pomiarowe mogą więcej

wtorek, 04 lipca 2017 10:05

Systemy pomiarowe są w przemyśle źródłem informacji charakteryzujących przebieg procesów produkcyjnych - przykładowo temperatury, panującego ciśnienia, wartości przepływu, poziomu i wielu innych parametrów - oraz zapewniają możliwość ich kontrolowania, a także zautomatyzowanego sterowania i monitorowania stanu urządzeń. Kluczowymi komponentami tych systemów są sensory mierzonych wielkości oraz przetworniki, które kondycjonują sygnały pomiarowe, tj. przetwarzają je do zestandaryzowanej postaci. Dopiero te ostatnie są wyświetlane, rejestrowane lub też przesyłane dalej. W artykule charakteryzujemy budowę oraz funkcjonalność przetworników pomiarowych, a także przedstawiamy praktyczne wskazówki dotyczące ich wyboru oraz instalacji.

Spis treści » Bloki składowe przetworników pomiarowych
» Jakie czujniki podłącza się do wejść miliwoltowych?
» Jak zapewnić redundancję?
» Przyczyny i skutki dryftu wskazań
» Inne zalety przetworników z wieloma wejściami
» Operacje na sygnale
» Czym są zimne złącza?
» Na czym polega CJC?
» Dodatkowe komponenty
» Nieliniowość charakterystyki
» Linearyzacja oraz filtrowanie
» Przegląd funkcji diagnostycznych
» Opcje wyjść przetworników pomiarowych
» Przetworniki jedno- i dwukomorowe
» Im krótsze sa przewody, tym lepiej
» Podsumowanie
» Pokaż wszystko

Obecnie w przemyśle używane są głównie przetworniki pomiarowe o funkcjonalności, która znacznie wykracza poza ich podstawowe zadanie. Oprócz przetwarzania sygnału mierzonego do zestandaryzowanej postaci wykonują one bowiem różne operacje poprawiające jego jakość, które w przeciwnym wypadku wymagałyby implementacji programowej w systemie nadrzędnym, oraz realizują funkcje diagnostyczne.

Te ostatnie ułatwiają rozwiązywanie problemów. Na przykład pozwalają one wykryć uszkodzenie czujnika, zmniejszenie się jego dokładności pomiarowej spowodowane zmianami starzeniowymi albo jego odłączenie się od przetwornika.

BLOKI SKŁADOWE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Rys. 1. Główne bloki funkcyjne przetwornika temperatury

W konstrukcji przetworników pomiarowych można z reguły wyróżnić kilka głównych bloków funkcyjnych. Zostały one wymienione na rysunku 1, na którym przedstawiono przykładowy, uproszczony schemat takiego urządzenia do pomiaru temperatury.

Przetwornik pomiarowy jest zwykle zbudowany z: sekcji wejściowej, do której podłączany jest czujnik, przetwornika A/C, którego zadaniem jest konwersja sygnału z sensora do postaci cyfrowej oraz bloku z izolatorem optycznym. Ten ostatni zapewnia separację galwaniczną, która blokuje przepływ zaburzeń z miejsca, w którym czujnik monitoruje proces do systemu nadrzędnego.

Częścią przetwornika jest również mikroprocesor, który wykonuje na sygnale cyfrowym różne operacje. W bloku wyjściowym wyróżnić można przetwornik cyfrowo-analogowy i wyjście, na przykład z sygnałem prądowym 4... 20 mA + HART. Dalej charakteryzujemy wybrane sekcje.

JAKIE CZUJNIKI PODŁĄCZA SIĘ DO WEJŚĆ MILIWOLTOWYCH?

Przetworniki pomiarowe wyposażane są w wejścia różnego typu. Na przykład w przypadku przyrządów do pomiaru temperatury są to obowiązkowo wejścia, do których można podłączyć czujniki rezystancyjne oraz termopary. Przetworniki pomiarowe mają także przeważnie wejścia napięciowe miliwoltowe.

Jeżeli chodzi o wejścia miliwoltowe, to w przypadku sygnałów pomiarowych o wartościach tego rzędu, ze względu na warunki panujące w otoczeniu, często zachodzi potrzeba ich konwersji na sygnał prądowy 4... 20 mA. Ten bowiem charakteryzuje większa odporność na zaburzenia.

Do wejść tego rodzaju podłączane są m.in. sensory, które wykorzystują efekt Halla i czujniki tensometryczne. Te pierwsze używane są na przykład w pomiarach prędkości, położenia oraz poziomu. Tensometry są natomiast częścią m.in. wag elektronicznych i urządzeń do pomiaru sił ściskających, rozciągających oraz naprężeń.

JAK ZAPEWNIĆ REDUNDANCJĘ?

Wybierając przetwornik, należy się zastanowić nad tym, ile powinien mieć wejść, żeby jak najlepiej pasował do potrzeb danego systemu pomiarowego. Często warto rozważyć kupno takiego, który ma więcej niż jedno wejście. Pomiar tej samej wielkości jednocześnie przez, na przykład, dwa sensory podłączone do dwóch niezależnych wejść ma bowiem wiele zalet.

Po pierwsze zapewnia to redundancję. W razie awarii jednego czujnika drugi w dalszym ciągu będzie monitorował zmiany wielkości mierzonej. Dzięki temu system pomiarowy będzie bardziej niezawodny. Oprócz tego porównując ze sobą wyniki z kilku wejść, można bardzo szybko wykryć dryft wskazań jednego z sensorów. To niepożądane zjawisko może mieć wiele przyczyn i groźne skutki.

Powodem nieprawdziwych wyników pomiaru są m.in. zmiany starzeniowe elementu pomiarowego czujnika. Do zafałszowania wskazań przyczyniają się też zabrudzenia, które się na nim gromadzą.

PRZYCZYNY I SKUTKI DRYFTU WSKAZAŃ

Na przykład w przypadku termopar dryft nasila się zwłaszcza w wysokich temperaturach oraz w atmosferach o specyficznym składzie chemicznym. Na przykład w sensorach typu K w wysokich temperaturach chrom ulega szybszemu utlenianiu niż nikiel. Ma to wpływ na wartość generowanej siły termoelektrycznej, a przez to na wiarygodność pomiaru.

Brak tlenu również nie jest korzystny. Jeśli materiał termoelektrod się nie utlenia, na ich powierzchni nie wytwarza się ochronna warstwa. Dryft wskazań jest także większy, jeżeli termopara zostanie bardzo szybko schłodzona.

Błędne wskazania czujnika lub brak aktualnej informacji pomiarowej mogą mieć groźne skutki. Na przykład precyzyjna kontrola temperatury jest ważna w przypadku procesów wsadowych. Jeśli do systemu sterowania trafi nieprawdziwa informacja o wartości tej wielkości, zmarnować może się nawet cała partia produktu.

Wybierając model przetwornika, należy się zastanowić, jaki typ obudowy i sposób montażu będzie najlepszy w danym przypadku. W podjęciu decyzji pomocne jest znalezienie odpowiedzi na kilka pytań. Większość z nich dotyczy charakterystyki środowiska, w jakim planujemy zamontować to urządzenie i mierzonego procesu.

Czynniki środowiskowe
Trzeba się m.in. upewnić co do wartości temperatury, natężenia wibracji i stopnia zapylenia oraz agresywności chemicznej środowiska i mierzonego procesu. Temperatura, która wykracza poza dopuszczalny zakres danego modelu, może uszkodzić jego komponenty elektroniczne.

Nadmierne wibracje powodują m.in. poluzowanie połączeń. Agresywne oddziaływanie mediów albo atmosfery sprzyja rozwojowi korozji. Zaburzenia elektromagnetyczne, przewodzone, jak i promieniowane, zafałszowują wyniki pomiarów.

Jeśli ocenimy, że powyższe czynniki w danym miejscu występują, lecz ich poziom nie przekracza wartości bezpiecznych, warto wybrać przetwornik głowicowy dwukomorowy, który ma rozdzielone przedziały: przyłączeniowy i ten z elektroniką. Jeżeli jednak stopień ich nasilenia jest na tyle wysoki, że przetwornik może ulec uszkodzeniu albo jego działanie będzie zakłócane, lepiej jest zainstalować go w odpowiednim oddaleniu od sensora.

Lokalny odczyt i konfiguracja
Kolejną ważną kwestią jest dostępność do miejsca, w którym planujemy zainstalować przetwornik pomiarowy. Determinuje ona łatwość konserwacji tego urządzenia i możliwość lokalnego odczytu wyników pomiarów. Jeśli w danym miejscu brak jest przestrzeni do swobodnego poruszania się albo panują uciążliwe warunki, możemy spodziewać się utrudnień. Wówczas przetwornik lepiej zainstalować w pewnej odległości od czujnika.

Jeżeli przewidujemy, że zaistnieje potrzeba ręcznego wprowadzenia zmian w konfiguracji przetwornika, warto zdecydować się na model, który poza wyświetlaczem będzie udostępniał interfejs użytkownika. Zwykle ma on postać panelu dotykowego albo przycisków, przy użyciu których można się przełączać między kolejnymi opcjami w menu z ustawieniami tego urządzenia. Aby zapobiec niepożądanym, na przykład przypadkowym, zmianom konfiguracji, przetworniki wyposaża się w specjalną zworę. Zmiana jej pozycji blokuje albo odblokowuje możliwość modyfikacji ustawień.

Wersje specjalne
Czasem potrzebujemy przetworników w wykonaniu specjalnym. Przykładem są urządzenia pomiarowe, których można używać w systemach bezpieczeństwa i te, które można instalować w strefach zagrożonych wybuchem.

W obu przypadkach przetwornik powinien mieć certyfikaty, które potwierdzają, że ich konstrukcja spełnia wymogi odpowiednich norm. Na przykład w strefach zagrożonych wybuchem wymagane jest m.in. świadectwo zgodności z normami ATEX w zakresie iskrobezpieczeństwa, niezapalności oraz niezapalności pyłów, ognioszczelności oraz przeciwwybuchowości.

Dostępne są też przetworniki w wersji higienicznej. Znajdują one zastosowanie m.in. w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym. Do ich budowy używa się stali nierdzewnej oraz materiałów, które są odporne na sterylizację. Dzięki specjalnym uszczelnieniom przetworniki w wersji higienicznej można spłukiwać.

INNE ZALETY PRZETWORNIKÓW Z WIELOMA WEJŚCIAMI

Trzeba również pamiętać o tym, że wzrost temperatury przyspiesza reakcje chemiczne. Błędne wskazania jej czujnika mogą zatem doprowadzić do wybuchu pożaru albo eksplozji.

Ponadto temperatura zmienia objętość cieczy i gazów. Nieprawdziwe wyniki jej pomiaru mogą z tego powodu utrudnić odmierzenie właściwej ilości tych substancji. Stanowi to problem m.in. w przypadku ich sprzedaży.

Przetworniki pomiarowe z więcej niż jednym wejściem pomiarowym przydają się również w innych sytuacjach. Ich przykładowe zastosowania to: pomiar różnicy temperatur i wyznaczanie temperatury średniej.

Takie urządzenia warto jest także zainstalować tam, gdzie wiele punktów pomiarowych jest skupionych na jednym obszarze. Przykładowe zastosowanie to pomiar rozkładu temperatury w zbiorniku za pomocą kilku czujników tej wielkości, które zamocowano w jego ścianie na różnych głębokościach. W porównaniu do korzystania z wielu oddzielnych przetworników jest to lepszym rozwiązaniem pod względem kosztów instalacji i łatwości konserwacji.

Przetworniki temperatury serii TCD
Wybrane cechy: możliwość podłączenia czujników rezystancyjnych Pt100 (dwu-/ trójprzewodowo) i termopar typów: J, K, N, S, R, B, obudowa przystosowana do montażu na szynie 35 mm, DIN EN 50022-35, zakres pomiarowy od -50... +50°C (Pt100) do +300°C...+1600°C (termopary S, R, B), sygnał wyjściowy: 0...20 mA (TCD-1, TCD-4), 4...20 mA (TCD-2), 0...10 V (TCD-3), błąd przetwarzania: 0,15% wartości zakresu, dryft temperaturowy: 0,02% wartości zakresu / °C, linearyzacja charakterystyki, automatyczna kompensacja temperatury zimnych końców termoelementu, sygnalizacja przekroczenia zakresu.
www.czaki.pl

Przetworniki temperatury serii RT-01
Wybrane cechy: obudowa z poliwęglanu, montaż w głowicy B (dostępny również w wersji do montażu na szynie DIN TS-35), konfiguracja na PC za pomocą specjalnego oprogramowania, wejście: Pt100, 2-, 3-, 4-przewodowe, wyjście: 4...20 mA, 20...4 mA, zakres pomiarowy: -200°C...+650°C, dokładność przetwarzania: 0,08% maks. zakresu, czas odpowiedzi: 1 s.
www.limathermsensor.pl

Przetworniki ciśnienia z serii Rosemount 2051C Coplanar
Wybrane cechy (w zależności od modelu): pomiar ciśnienia różnicowego albo względnego, zakres pomiarowy: od -62,2 do 62,2 milibara i od -0,98 do 137,9 bara, wyjścia: 4-20 mA z cyfrowym sygnałem zgodnym z protokołem HART, Foundation Fieldbus, Profibus PA lub transmisja bezprzewodowa WirelessHART, obudowa z aluminium, stali nierdzewnej lub polimeru, certyfikat ATEX, wyświetlacz LCD, w tym z lokalnym interfejsem operatora, przyciski konfiguracyjne zera i szerokości zakresu pomiarowego, kalibracja cyfrowa zera cyfrowego.
www.emerson.com

Przetworniki ciśnienia serii FCX AII V5
Wybrane cechy: modele: FKP - nadciśnienie, FKH - ciśnienie absolutne, FKH/P - przetwornik z separatorem, temperatura medium: -40...+100°C, wyjście: 4...20 mA + HART, dokładność: ±0,1%, ±0,2%, stabilność: ±0,1% / 10 lat, zakres: 16:1, stopień ochrony: IP67, certyfikat ATEX.
www.introl.pl



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Najmniejszy na rynku 3-osiowy akcelerometr ICP o paśmie 10 kHz

2017-09-20   |
Najmniejszy na rynku 3-osiowy akcelerometr ICP o paśmie 10 kHz

IMI Sensors wprowadziła do oferty najmniejszy obecnie na rynku 3-osiowy akcelerometr ICP wyróżniający się szerokim zakresem częstotliwości pracy, wynoszącym od 0,5 Hz do 10 kHz (-3 dB) dla wszystkich osi. Model 639A91 jest produkowany w hermetycznej (IP68/69K) obudowie ze stali nierdzewnej 316L z 4-pinowym złączem przemysłowym M12, której powierzchnia montażowa wynosi zaledwie 24,1 x 24,1 mm.
czytaj więcej

Czujniki fotoelektryczne do precyzyjnego pomiaru odległości na krótkich i długich dystansach

2017-09-20   |
Czujniki fotoelektryczne do precyzyjnego pomiaru odległości na krótkich i długich dystansach

Jako bezdotykowe urządzenia pomiarowe, fotoelektryczne czujniki odległości nadają się do różnych zastosowań, a w zależności od zakresu pomiarowego wykorzystują różne zasady działania. Specjaliści z firmy Contrinex stosują metodę triangulacji laserowej do pomiarów prowadzonych na krótkie odległości oraz metodę pomiaru czasu przelotu światła (TOF - Time of Flight) do pomiarów dużych odległości.
czytaj więcej

Nowy numer APA