Przegląd funkcji diagnostycznych

Poza tym mikroprocesor wykonuje takie operacje jak m.in.: uśrednianie wyników pomiarów z kilku wejść oraz wyznaczanie ich różnicy. W przetwornikach pomiarowych dostępne są również różne funkcje diagnostyczne. Dzięki nim można zawczasu wykryć nieprawidłowości, które jeżeli pozostałyby niezauważone, stałyby się przyczyną nieprawdziwych wyników pomiarów.

Na przykład porównując wyniki pomiarów z dwóch wejść, można wykryć sytuację, w której dryft wskazań jednego z nich przekracza zaprogramowaną w pamięci tego urządzenia wartość graniczną.

W niektórych przetwornikach wykrywa się również zmianę jakiejś wielkości, która charakteryzuje stan czujnika. Na przykład w przypadku termopar jest to rezystancja.

Zmienia się ona wówczas, gdy druty termopary, długo lub nieodpowiednio użytkowane, pękają. Taki jest też skutek narażenia ich na nadmierne wibracje. Rezystancja zmienia się ponadto pod wpływem wilgoci i wówczas, gdy na termoelektrodach rozwinie się korozja.

W razie wykrycia problemu z czujnikiem w przetwornikach z wieloma wejściami możliwe jest ich automatyczne przełączanie na odbiór sygnału z zapasowego sensora. Pomiar jest kontynuowany, a zepsuty czujnik można wymienić bez wpływu na działanie systemu nadrzędnego.

Przetwornik monitoruje również warunki, w jakich pracuje. Jedną z kontrolowanych wielkości jest temperatura otoczenia.

Nadzorowane jest też działanie jednostki obliczeniowej. Wykrywane są różne niepożądane stany, jak problemy z pamięcią, na przykład jej przepełnienie spowodowane przetwarzaniem przez mikroprocesor nieskończonej pętli.

Opcje wyjść przetworników pomiarowych

Przez lata standardowym sygnałem wyjściowym przetworników pomiarowych był prąd 4... 20 mA. Przeważnie 4 mA odpowiadają 0% zakresu mierzonej wartości, zaś 20 mA - 100% jej zakresu.

Sygnały, których wartości wykraczają poza ten zakres, sygnalizują nieprawidłowości. Natężenie poniżej 4 mA oznacza przerwanie przewodu, zaś powyżej 20 mA - zwarcie obwodu.

Pętla prądowa 4... 20 mA ma wiele zalet. Przede wszystkim, poza transmisją wyników pomiarów, zapewnia zasilanie. Oprócz tego jej zaletą jest duża odporność na zaburzenia elektromagnetyczne. Ponadto rezystancja linii pomiarowej ma mały wpływ na wyniki pomiarów.

Wraz z upowszechnieniem się protokołów komunikacji cyfrowej przetworniki pomiarowe zaczęto wyposażać również w interfejsy do łączności w sieciach HART, Profibus i Foundation Fieldbus. Dwa ostatnie umożliwiają przesyłanie wyników pomiarów i informacji diagnostycznych. HART natomiast pozwala na zdalną obsługę urządzeń z analogowym sygnałem pomiarowym 4... 20 mA.

Tam, gdzie dostęp jest utrudniony albo układanie okablowania jest zbyt drogie, na przykład ze względu na jego długość albo konieczność położenia pod ziemią w celu ominięcia przeszkód terenowych, lepiej sprawdzi się przetwornik z możliwością transmisji bezprzewodowej, na przykład z interfejsem WirelessHART.

Przetworniki jedno- i dwukomorowe

Jeżeli chodzi o sposób montażu i typ obudowy, przetworniki pomiarowe są dostępne w różnych wersjach. Wybór tej najlepszej w danym przypadku zależy od kilku czynników, szczególnie od specyfiki otoczenia, w jakim urządzenie to będzie pracować, i mierzonego procesu.

Pierwszym typem są przetworniki montowane w jednokomorowej głowicy, którą mocuje się bezpośrednio do czujnika lub jego osłony. Można je także umieścić w obudowie i zainstalować w pewnym oddaleniu od sensora.

Jeśli uszczelnienie jednokomorowej głowicy zacznie przepuszczać, do wnętrza przetwornika przenikną zanieczyszczenia z otoczenia. Jego elektroniczne elementy nie będą wówczas działać prawidłowo.

Alternatywą są przetworniki dwukomorowe. W obudowach tego typu część elektroniczna jest odseparowana od przedziału przyłączeniowego. Dzięki temu wilgoć oraz zanieczyszczenia z zewnątrz nie uszkodzą wrażliwych komponentów.

Dodatkowo część elektroniczna jest lepiej chroniona przed wpływem zaburzeń elektromagnetycznych, promieniowanych i przewodzonych, które dotrą do przetwornika za pośrednictwem okablowania łączącego go z czujnikiem. Modele dwukomorowe, podobnie jak głowicowe jednokomorowe, można zamocować bezpośrednio w czujniku lub jego osłonie albo z dala od sensora.

Im krótsze są przewody, tym lepiej

Najlepszym rozwiązaniem jest zamontowanie przetwornika jak najbliżej czujnika. Im bowiem krótsze będą przewody je łączące, tym mniej zaburzeń z zewnątrz do nich przeniknie. Niestety nie zawsze jest to wykonalne, z różnych przyczyn.

Może się bowiem okazać, że wiązałoby się to z zainstalowaniem przetwornika w miejscu, do którego dostęp, na przykład w celu konserwacji albo odczytu wskazań lokalnie, z wyświetlacza urządzenia, będzie utrudniony. Środowisko korozyjne, wysokie temperatury w otoczeniu i wibracje to przykładowe czynniki, które mogą uszkodzić przetwornik. Nadmierne ciepło może również przenikać do niego za pośrednictwem osłony sensora z mierzonego procesu.

Przetworniki pomiarowe dostępne są oprócz tego w obudowach do montażu na szynie w skrzynce rozdzielczej. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość skupienia w jednym miejscu wielu takich urządzeń. Nie są one również narażone na oddziaływanie szkodliwych czynników z otoczenia. Niestety równocześnie konieczność użycia bardzo długich połączeń między przetwornikiem a czujnikiem negatywnie wpływa na wiarygodność pomiarów.

W ramce podsumowujemy kwestie, jakie należy rozważyć, wybierając konkretny model przetwornika pomiarowego. Kolejną ważną sprawą jest sposób instalacji tego urządzenia. Temat ten przedstawiamy w sąsiedniej ramce.

Podsumowanie

Tematy numerów w kolejnych miesiącach

Obecność przetwornika pomiarowego nie jest konieczna. Połączenie czujnika z tym urządzeniem pośredniczącym ma jednak wiele zalet w porównaniu do podłączenia sensora bezpośrednio do wejść systemu sterowania.

Przede wszystkim przetwornik z systemem nadrzędnym można połączyć, używając standardowego okablowania, tańszego i odporniejszego na zaburzenia niż, na przykład, przewody kompensacyjne (rozszerzające) termopar oraz czujników rezystancyjnych. W porównaniu do tych do podłączenia termopar, których stan trzeba sprawdzać i które należy okresowo wymieniać, "zwykle" kable są ponadto trwalsze.

Dzięki przetwornikom pomiar jest dokładniejszy. Łatwo jest również zmienić czujnik, bez konieczności ingerencji w dalsze komponenty systemu pomiarowego. W ramce przedstawiamy przykładowe modele przetworników pomiarowych temperatury i ciśnienia.

Monika Jaworowska