Ja kādu laiku esat pavadījis pie rūpnieciskiem instrumentiem, jūs gandrīz noteikti esat dzirdējis, ka cilvēki maina "pārveidotāju" un "raidītāju" uz priekšu un atpakaļ. Jaunie tehniķi tos sajauc, iepirkumu komandas lūdz vienu, kad tās domā otru, un pat dažos produktu katalogos šie termini tiek lietoti kā sinonīmi. Šī neskaidrība rada reālas problēmas vietnē - Esmu redzējis projektu kavēšanos un atgriešanas sūtījumus tikai tāpēc, ka neviens neapstājās, lai noskaidrotu, ko tieši katra ierīce dara un kā tās darbojas kopā.
Patiesība ir tāda, ka tie nav viens un tas pats. Pārveidotājs un raidītājs darbojas kā pāris, unkatrs spiediena raidītājspaļaujas uz abām daļām, lai nolasītu fizisko spiedienu un nosūtītu to pāri iekārtai uz vadības sistēmu.
Šajā rokasgrāmatā ir aprakstīta galvenā atšķirība starp abiem, soli pa solim aprakstīts, kā darbojas tipisks spiediena raidītājs, izskaidroti trīs visizplatītākie spiediena mērīšanas veidi un aprakstīti standarta izejas signāli, ko redzēsiet katrā apstrādes rūpnīcā. Beigās jūs varēsit atšķirt abus, saprast, kas notiek raidītāja korpusā, un pieņemt labākus lēmumus par izmēru izvēli savām lietojumprogrammām.
Raidītājs pret devēju: kāda ir faktiskā atšķirība?
Vienkāršākais veids, kā tos noturēt taisni, ir šāds: devējs uztver spiedienu, un raidītājs nosūta signālu. Tās ir divas atsevišķas funkcijas, kas bieži vien ir apvienotas vienā ierīcē -, tāpēc tik daudzi cilvēki sajauc terminus.
Ko dara devējs
Pārveidotājs ir ierīce, kas pārvērš vienu enerģijas veidu citā. Spiediena mērīšanā tas ņem fiziski mehānisku spēku no šķidruma vai gāzes spiediena un pārvērš to par niecīgu, vāju elektrisko signālu.
Šī neapstrādātā elektriskā jauda ir ļoti maza -, parasti milivolti -, un tā nav standartizēta. Tas atšķiras atkarībā no sensora konstrukcijas, un tas ir pārāk vājš, lai nobrauktu vairāk nekā nelielu attālumu, neuztverot troksni un nezaudējot precizitāti. Pats par sevi neapstrādāts devēja signāls nav noderīgs, lai nosūtītu uz PLC vai DCS, kas atrodas iekārtas otrā pusē.
Pārveidotāji ir pieejami daudzās sensoru tehnoloģijās: deformācijas mērītājs, kapacitatīvs, pjezoelektrisks, potenciometrisks un daudz ko citu. Kurš no tiem tiek izmantots, ir atkarīgs no spiediena diapazona, vides veida, temperatūras un pielietojuma precizitātes prasībām.
Ko dara raidītājs
Raidītājs uztver vājo, nestandarta elektrisko signālu no devēja un kondicionē, pastiprina un pārvērš to standartizētā nozares izejas signālā, kas var droši pārvietoties lielos attālumos.
Raidītāja uzdevums ir pārvērst niecīgu mainīgu signālu konsekventā, vispāratzītā diapazonā - visbiežāk 4–20 mA strāvas cilpām vai 1–5 V sprieguma izvadiem -, kur diapazona apakšdaļa ir vienāda ar 0% no izmērītā spiediena un augšējais ir 100%. Šis standartizētais signāls var darboties simtiem metru caur rūpnīcas vadiem, nezaudējot precizitāti, un katra pasaules vadības sistēma zina, kā to interpretēt.
Kāpēc termini tik bieži tiek sajaukti
Gandrīz visi mūsdienās pārdotie mūsdienu spiediena devēji vienā korpusā iesaiņo gan devēja sensora elementu, gan raidītāja ķēdi. Lielākajai daļai lauka instrumentu jūs tos neiegādājaties atsevišķi - jūs pērkat visu komplektu.
Laika gaitā nozare sāka saukt visu vienību jebkurā vārdā. Daži pārdevēji to sauc par spiediena devēju, citi to sauc par spiediena devēju, un lielākajai daļai-no-no plauktu lauka vienību abi nosaukumi attiecas uz vienu un to pašu produktu. Atšķirībai ir nozīme tikai tad, ja remontējat iekšējos komponentus, pielāgojat neapstrādātus sensorus pielāgotām būvēm vai salīdzinat komponentu -līmeņa daļas.
Kā patiesībā darbojas spiediena raidītājs (soli pa solim)
Katrā rūpnieciskā spiediena raidītājā ir trīs galvenie posmi: izolējošā diafragma, sensora devējs un raidītāja signāla ķēde. Lūk, kas notiek katrā posmā, kad tiek izmantots procesa spiediens.
1. posms: mērīšanas diafragma veic pirmo kontaktu
Procesa šķidrums vai gāze nekad tieši nepieskaras smalkajam sensora elementam. Vispirms tas piespiežas pret plānu, izturīgu mērīšanas diafragmu, kas piemetināta vai piestiprināta pie raidītāja procesa savienojuma virsmas.
Šī diafragma ir izgatavota no nerūsējošā tērauda, Hastelloy vai cita pret koroziju izturīga materiāla, kas ir{0}}izturīgs ar procesa vidi. Tas ļoti nedaudz saliecas zem spiediena un pārnes šo spēku caur uzpildes šķidrumu (parasti silikona eļļu vai citu inertu šķidrumu) uz faktisko sensora elementu otrā pusē.
Šī atdalīšana kalpo diviem kritiskiem mērķiem:
- Tas aizsargā trauslo jutīgo materiālu no korozīviem, abrazīviem vai netīriem apstrādes materiāliem
- Tas ļauj kalibrēt un aizzīmogot sensoru rūpnīcā, tāpēc tas ir precīzs gadiem ilgi skarbos lauka apstākļos
2. posms: devējs pārvērš spēku elektriskajā signālā
Aiz uzpildes šķidruma atrodas devējs - faktiskā spiediena sensors. Rūpniecisko procesu lietojumos visizplatītākās ir trīs tehnoloģijas:
Deformācijas sensoriir visplašāk izmantotie. Nelielu pretestību-jutīgums ir savienots ar stingru diafragmu. Kad spiediens novirza diafragmu, rezistori izstiepjas vai saspiežas, mainot to elektrisko pretestību. Šīs izmaiņas ir ļoti mazas, un tās mēra, izmantojot Vitstonas tilta ķēdi, radot milivoltu -līmeņa izvadi, kas ir proporcionāla spiedienam.
Kapacitatīvie sensoriizmantojiet divas paralēlas metāla plāksnes, vienu fiksētu un otru piestiprinātu pie elastīgas diafragmas. Spiedienam pārvietojot diafragmu, mainās plaisa starp plāksnēm, kas maina elektrisko kapacitāti. Šis dizains ir ļoti stabils ļoti zemā spiediena diapazonā un labi darbojas plašās temperatūras svārstībās.
Pjezoelektriskie sensoriradīt nelielu spriegumu tieši, kad kristālisks materiāls tiek pakļauts mehāniskai spriedzei. Tie ir izcili ātru spiediena lēcienu un dinamisku spiediena izmaiņu mērīšanā, taču tie ir retāk sastopami stabila procesa spiediena mērīšanā-.
Jebkurā gadījumā gala rezultāts ir vienāds: ļoti mazs elektrisks signāls, kas mainās, mainoties spiedienam. Pats par sevi šis signāls ir pārāk vājš un pārāk viegli izkropļojams, lai to nosūtītu pāri iekārtai.
3. posms: raidītāja ķēde rada standarta izvadi
Neapstrādāts devēja signāls tiek ievadīts raidītāja elektroniskajā shēmas platē. Šī padome veic trīs galvenās darbības:
1.Signāla kondicionēšana: Tas filtrē elektriskos trokšņus, kompensē temperatūras novirzes un linearizē izvadi, lai signāls vienmērīgi atbilstu spiedienam visā diapazonā.
2.Pastiprināšana: Tas pastiprina mazo milivoltu signālu līdz spēcīgam, lietojamam līmenim.
3.Standartizācija: Tas pārveido signālu vispāratzītā izvades diapazonā - gandrīz vienmēr 4–20 mA divu-vadu rūpnieciskām iekārtām vai 1–5 V, ja lietojat mazāku attālumu skapjos.
Galīgais standartizētais signāls tiek izvadīts caur raidītāja spailēm uz vadības sistēmu, kur PLC vai DCS nolasa strāvas vai sprieguma vērtību un kartē to atpakaļ uz faktisko spiediena rādījumu.
3 izplatīti spiediena mērīšanas veidi
Ne visi spiediena raidītāji mēra spiedienu vienādi. Tas, ko viņi atsaucas kā savu "nulles punktu", maina rādījuma interpretāciju. Ir trīs galvenie veidi, un nepareiza izvēle ir ļoti izplatīta izmēra kļūda.
Manometra spiediens
Manometriskais spiediens ir visizplatītākais veids, ko izmanto apstrādes rūpnīcās. Tas mēra spiedienu attiecībā pret pašreizējo atmosfēras spiedienu.
Ja manometra spiediena raidītājs rāda 0, tas nozīmē, ka iekšējais spiediens ir vienāds ar apkārtējā gaisa spiedienu ārpusē. Nolasījumus parasti apzīmē ar (g) sufiksu, piemēram, psi(g) vai bar(g).
Manometriskais spiediens tiek izmantots lielākajai daļai vispārējo tvertnes spiediena, līnijas spiediena un sūkņa izplūdes mērījumu. Ja jums nav īpaša iemesla absolūtā vai diferenciālā spiediena mērīšanai, jums gandrīz noteikti ir nepieciešams manometriskais spiediens.
Absolūts spiediens
Absolūto spiedienu mēra attiecībā pret perfektu vakuumu - 0 psi(a)=kopējo vakuumu. Tas ietver atmosfēras spiedienu kā daļu no rādījuma.
Jūras līmenī normāls atmosfēras spiediens ir aptuveni 14,7 psi (a). Tas nozīmē, ka tvertne, kas atvērta atmosfērai, nolasīs 14,7 psi (a) uz absolūtā spiediena raidītāja un 0 psi (g) uz manometra spiediena raidītāja.
Absolūtais spiediens tiek izmantots vakuuma procesiem, noslēgtām gāzes sistēmām, tvaika spiediena mērījumiem un jebkuram lietojumam, kur nepieciešams nolasījums neatkarīgi no vietējā atmosfēras spiediena izmaiņām.
Diferenciālais spiediens
Diferenciālā spiediena (DP) raidītāji mēra spiediena starpību starp diviem atsevišķiem ievades portiem. Tie nenorāda spiedienu nevienā punktā - tikai to, cik viena puse ir augstāka par otru.
Šis ir ļoti daudzpusīgs mērīšanas veids. Diferenciālā spiediena devējus izmanto:
- Plūsmas mērīšana caur atveru plāksnēm, Venturi caurulēm un plūsmas sprauslām
- Līmeņa mērīšana spiediena tvertnēs, salīdzinot galvas spiedienu ar gāzes segas spiedienu
- Filtra un sietiņa aizsērējuma noteikšana, mērot spiediena kritumu
- Sūkņa diferenciālā spiediena kontrole
Sensors iekšpusē darbojas tādā pašā veidā, taču tas ir pakļauts spiedienam abās sensora diafragmas pusēs, nevis tikai vienā.
Standarta izejas signāli: 4–20 mA pret . 1–5 V
Jūs redzēsiet divus izvades standartus, kas tiek izmantoti gandrīz visos rūpnieciskajos spiediena raidītājos. Katram ir savs labākais lietošanas gadījums.
4–20 mA strāvas cilpa (visbiežāk)
4–20 mA signāls ir rūpnieciskā procesa vadības darba zirgs. 4 mA atbilst 0% no spiediena diapazona, un 20 mA atbilst 100%.
Strāvas signāla lielākā priekšrocība ir tā, ka tas nepasliktinās garu vadu garumā, un tas ir ļoti izturīgs pret elektrisko troksni, ko rada motori, VFD un citas iekārtas iekārtas. Tas atbalsta arī divu-vadu darbību, kur viens un tas pats vadu pāris nodrošina gan strāvu raidītājam, gan mērīšanas signālu.
4 mA "dzīvā nulle" ir apzināta: ja signāls nokrītas līdz 0 mA, vadības sistēma to nekavējoties atpazīst kā pārrautu vadu vai raidītāja kļūmi, nevis kā nulles spiediena rādījumu. Šī ir kritiska drošības un diagnostikas funkcija.
1–5 V sprieguma izeja
Sprieguma izejas ir retāk sastopamas lauka instalācijās, bet plaši izmanto vadības skapjos, testa stendos un mazāka attāluma lietojumos . 1 V=0% diapazons, 5 V=100% diapazons.
Sprieguma signāli ir vienkāršāki un lētāki īsiem piegājieniem, taču tie zaudē precizitāti lielos attālumos vadu pretestības dēļ un daudz vieglāk uztver elektriskos traucējumus. Tiem ir nepieciešami arī atsevišķi strāvas vadi. Visām lietām ārpus kontrolētas skapja vides 4–20 mA gandrīz vienmēr ir labāka izvēle.
Ātrās atlases padomi un izplatīti maldīgi priekšstati
Pēc tam, kad esmu strādājis ar šiem instrumentiem visās apstrādes rūpnīcās, ir dažas kļūdas, kuras atkārtojas vairāk nekā citas.
1. Nepērciet absolūtu spiedienu nejauši. Ja pasūtāt absolūto devēju standarta manometriskā spiediena lietojumprogrammai, visi rādījumi tiks samazināti par aptuveni 14,7 psi. Pirms pasūtījuma veikšanas vienmēr-pārbaudiet atsauces veidu.
2,4–20 mA nav novecojis. Pat ar visiem mūsdienās pieejamajiem digitālajiem lauka kopnes protokoliem vienkāršais 4–20 mA joprojām ir visuniversālāk atbalstītais, visvieglāk novēršamais un visdrošākais signāla standarts pamata spiediena mērīšanai.
3. Precizitāte ir atkarīga ne tikai no sensora. Augstas-precizitātes devējs joprojām rādīs sliktus rādījumus, ja tas ir nepareizi uzstādīts, pakļauts galējām temperatūrām, kas ir ārpus nominālvērtības, vai pielāgots nepareizam procesa vides membrānas materiālam.
Ja veicat spiediena devēju izmērus atbilstoši savam procesam un neesat pārliecināts, kurš spiediena veids, izejas signāls vai diafragmas materiāls atbilst jūsu pielietojumam, vienmēr ir vērts vispirms pārliecināties ar instrumentu speciālistu. Iegūstot specifikāciju tieši priekšpusē, tiek novērsta nedēļu ilga izpildes laika aizkave un atgriešana vēlāk.
Bieži uzdotie jautājumi
Vai spiediena devējs ir tas pats, kas raidītājs?
Ne gluži. Pārveidotājs pārvērš spiedienu neapstrādātā elektriskā signālā. Raidītājs uztver šo neapstrādāto signālu un pārvērš to par standartizētu, liela{2}}diapazona izvadi. Lielākajā daļā šodien pārdoto lauka spiediena raidītāju abas daļas ir iekļautas vienā korpusā, tāpēc termini bieži tiek lietoti kā sinonīmi.
Kāpēc tiek izmantots 4–20 mA, nevis 0–20 mA?
4 mA dzīvā nulles funkcija kalpo diviem mērķiem: tā nodrošina raidītāja barošanu, izmantojot divu-vadu cilpu, un ļauj vadības sistēmai noteikt atšķirību starp patiesu nulles spiediena rādījumu un pārrautu vadu vai raidītāja kļūmi. Ja signāls nokrītas līdz 0 mA, tas nekavējoties tiek atzīts par kļūdu.
Kādi ir trīs spiediena mērīšanas veidi?
Trīs galvenie veidi ir manometriskais spiediens (attiecībā uz atmosfēru), absolūtais spiediens (attiecas uz vakuumu) un diferenciālais spiediens (mēra starpību starp diviem punktiem).
Vai devējs var darboties bez raidītāja?
Neapstrādāts devējs radīs elektrisku signālu, taču tas būs ļoti vājš, ne-standarta un nav piemērots pārraidei lielos attālumos. Vispārējai procesa kontrolei ir nepieciešams raidītājs, lai kondicionētu un standartizētu signālu.
Pēdējās domas
Spiediena raidītāji ir viens no visizplatītākajiem instrumentiem jebkurā apstrādes rūpnīcā, taču tos ir viegli apstrādāt kā melno kasti. Izpratne par atšķirību starp devēju un raidītāju, sensora elementa darbību un dažādu spiediena un signālu veidu nozīmi palīdzēs tos pareizi norādīt, ātrāk novērst problēmas un izvairīties no biežākajām izmēra kļūdām.
Galu galā labākais spiediena raidītājs nav tas, kuram ir vislabākās specifikācijas -, tas ir tas, kas ir pareizi pielāgots jūsu procesa videi, spiediena diapazonam, temperatūrai un uzstādīšanas videi.
Ja jums nepieciešama palīdzība, izvēloties pareizo spiediena devēju jūsu lietojumprogrammai, vai jums ir jautājumi par izejas signāliem, diafragmas materiāliem vai spiediena veidiem, mūsu tehniskā komanda var pārskatīt jūsu procesa parametrus un ieteikt atbilstoša izmēra konfigurāciju.
Atsauces
- Starptautiskā automatizācijas biedrība (ISA). (2022).Spiediena mērīšana: principi, uzstādīšana un kalibrēšana. Research Triangle Park, NC: ISA.
- Rosemount Inc. (2024).Spiediena raidītāja pamati: tehnoloģiju un pielietojuma rokasgrāmata. Emerson automatizācijas risinājumi.
- WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG. (2023).Spiediena devēji pret raidītājiem: tehniskais skaidrojums. WIKA rūpnieciskā instrumentācija.
- Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST). (2021).Spiediena mērīšanas instrumentu kalibrēšana. NIST rokasgrāmata 150.
- ABB Measurement & Analytics. (2024).Rūpnieciskie spiediena raidītāji: tehnoloģiju izvēles rokasgrāmata.
