Ochrona przetworników ciśnienia

Spis treści

INNE WYMAGANIA STAWIANE CZUJNIKOM

Jeżeli na powierzchni przyrządu może się skroplić wilgoć z otoczenia, jego obudowa powinna charakteryzować się odpowiednim stopniem ochrony. Dotyczy to zwłaszcza pomiarów przeprowadzanych na zewnątrz - przykładowo przetworników montowanych w sprzęcie ciężkim. Czujniki ciśnienia zainstalowane w pobliżu silników lub w maszynach o dużym przyspieszeniu powinny z kolei mieć odpowiednią wytrzymałość na wibracje i wstrząsy.

W takich warunkach warto zastanowić się nad użyciem manometrów glicerynowych. Przyrządy, których częścią są układy elektroniczne, muszą być też zabezpieczone przed wpływem zaburzeń elektromagnetycznych z otoczenia. W strefach zagrożonych wybuchem należy natomiast używać tylko przyrządów spełniających wymogi normy ATEX.

W karcie katalogowej przetwornika trzeba sprawdzić też typ przyłącza elektrycznego oraz procesowego. To ostatnie jest szczególnie ważne w wypadku przetworników ciśnienia używanych w sterylnych instalacjach - na przykład w przemyśle spożywczym, chemicznym, farmaceutycznym. W takich zastosowaniach zalecane są przyrządy z przyłączami w wykonaniu higienicznym, w których stosowane są rozwiązania konstrukcyjne ułatwiające ich czyszczenie (m.in. łatwy demontaż, brak martwych stref, możliwość mycia w systemach CIP oraz SIP).

Ważne są również takie parametry jak dokładność, czas odpowiedzi oraz stabilność długoterminowa przetwornika. Nawet najlepiej dobrany przetwornik ciśnienia nie spełni jednak swojej funkcji dobrze, jeżeli nie zostanie odpowiednio zainstalowany...

Przetwornik ciśnienia

Vegabar S16 firmy Vega z czujnikiem ceramicznym pojemnościowym do pomiarów mediów wymagających warunków higienicznych w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Wybrane cechy i parametry: mierzone medium: para wodna, ciecze, gazy, lepkie, gęste, zakres pomiarowy: od 0...0,1 bara do 0...6 bara, dokładność: 0,5% zakresu, stabilność długoterminowa: < 0,1%/2 lata, temperatura medium: -20...100°C, przyłącza procesowe: higieniczne, sygnał wyjściowy: 4...20 mA, stopień ochrony obudowy: IP65, obudowa i elementy zwilżane wykonane ze stali nierdzewnej.
O sposobie instalacji przetwornika ciśnienia decydują głównie: specyfika aplikacji oraz wskazówki producenta. Ponadto dostęp do urządzenia nie powinien być utrudniony, a jego odłączanie oraz przyłączanie w celu kalibracji, konserwacji, naprawy lub wymiany musi być bezpieczne dla personelu i nie może zakłócać monitorowanego procesu.

Aby to uzyskać, zwykle korzysta się z rur rozgałęźnych oraz zaworów, które są dostępne w komplecie z przetwornikiem lub oddzielnie. Dużym ułatwieniem jest też budowa modułowa. Można wówczas sprawnie, szybko oraz tanio wymienić popsuty moduł, zamiast całego urządzenia. Przetworników ciśnienia nie należy montować tam, gdzie mogą być narażone na silne wibracje i uderzenia.

Częstą przyczyną problemów w ich funkcjonowaniu są też błędy popełnione na etapie ich przyłączania do mierzonego medium za pośrednictwem przewodów impulsowych. Aby uniknąć komplikacji, doprowadzenia te powinny być jak najkrótsze i bez ostrych załamań. Muszą też mieć odpowiedni przekrój oraz nachylenie.

Ponadto w instalacjach z cieczą lub parą, która może ulec kondensacji, przewody impulsowe należy prowadzić w dół - do przetwornika zamontowanego poniżej punktu pomiarowego. Przyrządy mierzące ciśnienie gazu trzeba z kolei montować powyżej miejsca poboru ciśnienia. Zapobiega to zatykaniu się przewodów skroplinami oraz powietrzem. Rurki impulsowe powinny być też wyposażone w mechanizmy do odpowietrzania i odskraplania.

Przewody doprowadzające medium do obu portów przetworników różnicowych muszą mieć taką samą temperaturę. Pod wpływem przyciągania ziemskiego membrana czujnika ugina się nieznacznie. Po obróceniu o 360° wygięcie ma inny zwrot, co wpływa na wartość offsetu. Dlatego przetworniki ciśnienia najlepiej montować w tej samej pozycji, w której zostały skalibrowane. Jeżeli nie jest to możliwe, po zainstalowaniu offset trzeba skorygować.

Klienci kładą coraz większy nacisk na dokładność i niezawodność przetworników ciśnienia

Mirosław Kraśniewicz
Baumer

Kim są główni odbiorcy przetworników ciśnienia? Jaką rolę pełnią pomiary ciśnienia w przemyśle?

Pomimo rozwoju nowych technologii i postępującej automatyzacji procesów produkcyjnych, ciśnienie i temperatura nadal należą do najważniejszych parametrów procesów wytwarzania. Przetworniki ciśnienia są obecnie powszechnie stosowane prawie w każdej gałęzi przemysłu.

Uwarunkowania i wymogi każdej z nich różnią się między sobą, dlatego też producenci oferują wersje specjalizowane, choć podstawowa konstrukcja przetwornika jest zawsze taka sama. W Polsce obecnie największymi odbiorcami przetworników ciśnienia są zakłady produkcyjne z tradycyjnych branż przemysłowych: chemicznej, energetyki i petrochemii.

W ostatnich pięciu latach obserwujemy również gwałtowny wzrost popytu ze strony sektora spożywczego. Wynika to z faktu przyznania olbrzymich dotacji unijnych kreujących rozwój tej gałęzi przemysłu, jak również z konieczności dostosowania procesów produkcyjnych do norm i standardów obowiązujących w UE.

Jakie są kryteria doboru przetworników? Co jest ważne dla odbiorców?

Odbiorcy, niezależnie od branży przemysłowej, kładą coraz większy nacisk na dokładność i niezawodność przetworników ciśnienia. Obecnie przy olbrzymiej konkurencji żaden producent nie może pozwolić sobie na przerwy produkcyjne lub obniżenie jakości produktów finalnych z powodu błędnego lub niedokładnego działania urządzenia pomiarowego.

Uzyskiwanie bieżących i dokładnych informacji o przebiegu procesu produkcyjnego jest sprawą elementarną, gdyż najdoskonalsze nawet systemy sterowania są bezradne, gdy otrzymają błędne dane wejściowe. Dobór przetwornika ciśnienia jest zawsze kompromisem pomiędzy jego ceną, a niezawodnością i dokładnością.

Poza ceną podstawowym kryterium doboru powinien być jego błąd całkowity w danym przedziale temperatur pracy. Zdecydowana większość producentów określa dokładność przetwornika w 20°C, jednak na ogół procesy technologiczne zachodzą w innych temperaturach. Moduł wewnętrznej kompensacji temperaturowej w znacznym stopniu łagodzi wpływ omawianego zjawiska, choć tylko w pewnym ograniczonym zakresie temperatur.

OCHRONA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA

Najczęstszą przyczyną awarii przetworników ciśnienia jest uszkodzenie ich membrany na skutek uderzenia ciśnienia o dużej wartości spoza zakresu pomiarowego. Taki impuls spowodowany może być m.in. załączeniem się lub odłączeniem pompy, podłączeniem lub wyłączeniem systemu hydraulicznego oraz w szczególności otwarciem lub zamknięciem szybko działających zaworów.

W krótkim czasie jest wówczas generowana fala płynu o dużej energii. Fala uderzeniowa powstaje również w wyniku zjawiska kawitacji, które polega na nagłym tworzeniu się i zanikaniu pęcherzyków powietrza. Przetworniki należy zatem montować tam, gdzie uderzenie ciśnienia jest najmniej prawdopodobne.

Nie zawsze można to jednak przewidzieć lub specyfika aplikacji narzuca rozmieszczenie punktów pomiarowych. Trzeba wówczas pamiętać, że na impulsy ciśnienia odporniejsze są te czujniki, których membrany mają bezpośredni kontakt z mierzonym medium. Są one bowiem relatywnie grubsze.

Najbardziej podatne na uszkodzenia są natomiast przetworniki, w których stosunkowo cienka membrana pomiarowa jest oddzielona od tej stykającej się z medium cieczą manometryczną. Przetworniki takie wymagają dodatkowego zabezpieczenia.

Zwykle stosowane są ograniczniki montowane na wejściu przetwornika. Ich zadaniem jest rozproszenie fali uderzeniowej, zanim dosięgnie ona membrany. Wadą tego rozwiązania jest wydłużenie czasu pomiaru. Z czasem również różne zanieczyszczenia, gromadząc się na ograniczniku, mogą zablokować dopływ medium do czujnika.

Czujnik do pomiarów ciśnienia absolutnego i względnego cieczy, pary oraz gazów

Przetwornik ciśnienia Cerabar S z czujnikiem pojemnościowym ceramicznym lub piezorezystancyjnym z membraną ze stali kwasoodpornej do pomiarów ciśnienia absolutnego i względnego cieczy, pary i gazów. Wybrane cechy i parametry: zakres pomiarowy: od -0,1/0...100 milibara do -1/0...700 barów, dokładność: do ±0,075% zakresu (wersja Platinum: do ±0,05% zakresu), stabilność długoterminowa: ±0,2 % URL/10 lat, 24 godzinna pamięć parametrów procesowych i konfiguracji, temperatura mierzonego medium: -40...+125°C, certyfikat MID wg OIML R117-1 Edition 2007 (E) i EN 12405-1/A1 Edition 2006, możliwość pracy w układach SIS o poziomie nienaruszalności bezpieczeństwa SIL3 wg PN-EN 61508.

TABELA. Tematy numerów APA w kolejnych miesiącach

Omawiane pomiary mogą służyć również do zadań detekcji. Z powodu nieszczelności w rurociągu, którym transportowany jest dany płyn, jego ciśnienie maleje. Zależność ta wykorzystywana jest do detekcji przecieków. Spadek ciśnienia poniżej określonego poziomu jest wykrywany w systemie sterowania, który uruchamia alarm lub automatycznie odcina dopływ medium do uszkodzonej części instalacji.

Unika się w ten sposób strat płynu, a w wypadku mediów żrących lub gorących równocześnie chroni się personel pracujący w pobliżu. W tym zastosowaniu używane są przetworniki charakteryzujące się dużą czułością i dokładnością. Innym przykładem jest kontrola stopnia czystości filtrów. Im więcej zanieczyszczeń nagromadzi się w tym urządzeniu, tym większa będzie różnica ciśnień między jego wejściem a wyjściem.

W ten sposób wykrywa się zatkany filtr. Ustalając odpowiednią wartość progową ciśnienia można zapobiec jego zablokowaniu, zawczasu go wymieniając. W tym zastosowaniu zwykle używane są przetworniki różnicy ciśnień. Na podstawie pomiaru ciśnienia wyznaczane są także inne wielkości, na przykład przepływ, siła oraz poziom (przykłady w ramkach).

Monika Jaworowska

Spis treści