Spiediena raidītājs ir viena no tām detaļām, par kuru neviens nedomā, kamēr tas neizdodas sliktākajā iespējamajā brīdī. Tas klusi sēž uz caurules savienotājelementa, ievada numuru vadības panelī un veic savu darbu gadiem -, līdz slikta kalibrēšana vai korozijas diafragma noved pie procesa neplānotas izslēgšanas. Ja norādāt to jaunai uzbūvei, nomaināt neizdevušos vienību vai vienkārši mēģināt noskaidrot, kāpēc saņemtās cenas ir no 80 līdz 600 ASV dolāriem par to, kas izskatās kā viena un tā pati ierīce, šī rokasgrāmata ir paredzēta, lai atbildētu uz jautājumiem, kas faktiski rodas šī procesa laikā.
Kas tieši ir spiediena raidītājs?
A spiediena raidītājsmēra šķidruma, gāzes vai tvaika spiedienu un pārvērš šo rādījumu par standartizētu elektrisko signālu -, parasti 4-20 mA, 0–10 V, vai digitālā protokolā, piemēram, HART vai Modbus, ko PLC, DCS vai SCADA sistēma var nolasīt tieši. Signāls padara to par "raidītāju", nevis tikai sensoru: tas ir paredzēts, lai pārvietotos pa kabeli, dažreiz simtiem metru, nepasliktinot.
Spiediena raidītājs pret devēju pret mērītāju
Cilvēki lieto šos trīs terminus brīvi un piedāvājumā, kas var radīt patiesu apjukumu.
- Spiediena mērītājs: pilnībā mehānisks, tikai vietējās skalas nolasīšana, nav elektriskā signāla.
- Spiediena devējs: pārvērš spiedienu elektriskā vērtībā, bet parasti neapstrādātā, zema{0}}līmeņa signālā (milivoltos), kam joprojām ir nepieciešams ārējs pastiprinājums.
- Spiediena raidītājs: ir iebūvēts pastiprinājums un signāla kondicionēšana, tāpēc tas izvada tīru, -izmantošanai gatavu-signālu -, klientam nav nepieciešama papildu aparatūra.
Ja jūsu vadības sistēmai ir jāreģistrē rādījums vai jāreaģē uz to, jums ir nepieciešams raidītājs. Ja kādam vienkārši jāpaskatās uz skaitli panelī, mērinstruments ir lētāks un vienkāršāks.
Kā patiesībā darbojas spiediena raidītājs
Atbrīvojieties no zīmola un datu lapas žargona, un katrs spiediena raidītājs veic tās pašas trīs darbības: uztver nelielu fizisku deformāciju, pārvērš šo deformāciju elektriskā vērtībā un attīra šo vērtību izmantojamā signālā.
Sajūtu posms
Procesa spiediens spiežas pret diafragmu, parasti caur eļļu{0}}pildītu izolatoru, kas neļauj faktiskajam procesa šķidrumam saskarties ar elektroniku. Šī diafragma izliecas - bieži par milimetra daļu -, un sensora elements uztver šo elastību kā pretestības, kapacitātes vai rezonanses frekvences izmaiņas atkarībā no sensora tehnoloģijas.
Kondicionēšanas posms
Sensora neapstrādātā izvade ir vāja, ne{0}}lineāra un jutīga pret temperatūras svārstībām. Iekšējā elektronika to pastiprina, koriģē temperatūras novirzi, linearizē līkni un izspiež standartizētu signālu. Šeit arī lielākā daļa cenu starpības starp 90 ASV dolāru raidītāju un 400 ASV dolāru raidītāju faktiski slēpjas - nevis pašā sensorā, bet gan tajā, cik labi elektronika kompensē temperatūru un ilgtermiņa novirzi{6}}.
Kāpēc 4–20 mA kļuva par noklusējuma vērtību
Raidītājs, kas nolasa 0 bar, izvada 4 mA, nevis 0 mA. Tas ir apzināti. Ja cilpas strāva nokrītas līdz nullei, vadības sistēma uzreiz zina, ka ir pārrāvums vads vai ir bojāts raidītājs, nevis sajauc to ar īstu nulles spiedienu. Tā ir neliela dizaina izvēle, taču tas ir iemesls, kāpēc 4–20 mA ir iestrēdzis rūpnieciskos apstākļos gadu desmitiem, neskatoties uz to, ka ir pieejamas jaunākas digitālās alternatīvas.
Ātrs piemērs
Paņemiet raidītāju ar nominālo 0-16 bar uz sūkņa izplūdes līnijas. Miera stāvoklī spiediens ir 0 bāri, un cilpa rāda 4 mA. Kad sūknis darbojas un spiediens maģistrālē palielinās līdz 8 bar - puse no nominālā diapazona -, signāls proporcionāli palielinās līdz 12 mA. Pie raidītāja pilnas skalas spiediena 16 bāri, cilpa sasniedz 20 mA. PLC pārvērš šo strāvu atpakaļ par bar vai psi un var izraisīt trauksmi brīdī, kad tas šķērso iestatīto slieksni.
Galvenās sensoru tehnoloģijas
Pjezorezistīvs (spriegojuma mērītājs)
Nozares darba zirgs. Deformācijas mērītāji ir savienoti vai izkliedēti uz silīcija vai metāla diafragmas Vitstonas tilta izkārtojumā. Membrānas saliekšana maina mērinstrumentu pretestību un nelīdzsvaro tiltu, radot spiedienam proporcionālu spriegumu. Tas ir lēts, mehāniski izturīgs un aptver milzīgu diapazonu - no dažiem milibāriem līdz pat tūkstošiem bāru -, tāpēc tas tiek izmantots lielākajā daļā vispārīgu rūpniecisku lietojumu.
Kapacitatīvs
Diafragma šeit veido vienu kondensatora plāksni, ar spiedienu mainot spraugu uz fiksētu atskaites plāksni. Ir zināms, ka kapacitatīvie sensori labi notur savu kalibrēšanu laika gaitā, tāpēc tie mēdz parādīties lietojumos, kur novirze ir dārga, lai labotu - diferenciālā spiediena plūsmas mērījumu un tvertnes līmeni, kas ir divi visizplatītākie.
Rezonējošais silīcijs
Mikro-apstrādāts silīcija elements vibrē noteiktā frekvencē, un pielietotais spiediens maina šo frekvenci tādā veidā, ko var izmērīt ar ļoti augstu precizitāti. Šie raidītāji maksā vairāk, taču tie ir izvēle, ja lietojumprogramma patiešām nevar pieļaut novirzes - aizbildnības nodošanas uzskaiti, piemēram, kad neliela mērījuma kļūda pārvēršas tieši naudā.
Pjezoelektrisks (tikai dinamiskais spiediens)
Pjezoelektriskie elementi stresa apstākļos rada lādiņu, taču šis lādiņš laika gaitā izplūst, tāpēc tie nevar noturēt stabilu statisko rādījumu. Tos neizmanto ikdienas procesu uzraudzībai - tie ir paredzēti ātru spiediena notikumu, piemēram, degšanas lēcienu vai hidrauliskā trieciena, fiksēšanai, kur reakcijas ātrums ir svarīgāks par statisko precizitāti.
Lauka piemērs, ko vērts zināt
Iepakošanas līnijā, kurā darbojas CIP (tīra{0}}vietā-cilpa, tika novēroti periodiski spiediena trauksmes signāli, kas neatbilda operatoriem, ko redzēja uz mehāniskā mērītāja blakus raidītājam. Pats raidītājs uz stenda tika pārbaudīts labi. Faktiskais iemesls izrādījās ieslodzīts gaiss impulsa līnijā, kas baro sensoru - izplatīta, garlaicīga problēma, kas tiek sajaukta ar bojātu instrumentu biežāk nekā vajadzētu. Kad līnija tika atgaisota un uzpildīta, rādījumi sakrita un trauksmes signāli apstājās. Tas ir atgādinājums, ka raidītājs ir tikai tik precīzs, cik precīzs ir tā uzstādīšana; sensors reti ir pelnījis vainu, ko tas saņem.
Specifikācijas, kurām faktiski ir nozīme, salīdzinot citātus
Divi raidītāji uz papīra var izskatīties gandrīz identiski un pēc uzstādīšanas joprojām darbojas ļoti atšķirīgi. Pirms izrakstīšanās no pirkuma pasūtījuma pārbaudiet:
- Precizitāte- norādīts procentos no pilnas skalas (±0,1% FS, ±0,25% FS utt.). Iegādājoties lielāku precizitāti, nekā nepieciešams procesam, izmaksas tiek palielinātas bez jebkāda labuma.
- Diapazons un pārspiediena reitings- jūsu darba spiedienam ir ērti jāatrodas nominālajā diapazonā ar pietiekamu rezervi, lai izturētu neregulārus lēcienus.
- Izejas signāls- 4-20mA paliek noklusējuma vērtība; HART, Modbus RTU vai Profibus PA ir papildu izmaksu vērtas, ja jums nepieciešama iebūvēta{1}}diagnostika.
- Mitrināti materiāli- 316L nerūsējošais tērauds aptver lielāko daļu vispārējas lietošanas; kodīgiem vai augstas{1}}tīrības pakāpes materiāliem var būt nepieciešams Hastelloy, Monel vai tantals.
- Procesa savienojums- vītnes veidam un izmēram precīzi jāatbilst esošajiem veidgabaliem; šī ir visizplatītākā pasūtīšanas kļūda.
- Iekļūšanas aizsardzība un zonas klasifikācija- IP65/IP67 lielākajai daļai rūpniecisko iestatījumu; ATEX, IECEx vai iekšēji droši novērtējumi bīstamām zonām.
Kur pircēji parasti tiek paklupti
Lielākā kļūda ir nepareizas sensoru tehnoloģijas izvēle -tā ir cenu salīdzināšana tikai pēc cenas, nepārbaudot, vai vienības patiešām ir āboli-un{2}}āboli. Raidītājam, kura cena ir niecīga no konkurenta cenas, bieži kaut kā trūkst: nav kalibrēšanas sertifikāta, nav temperatūras kompensācijas visā diapazonā vai samitrināts materiāls, kas neizturēs faktisko procesa šķidrumu. Šī plaisa parasti neparādās pirms ekspluatācijas mēnešiem, līdz ar to kļūmes un nomaiņas maiņas izmaksas ievērojami pārsniedz to, kas tika saglabāts sākotnējā pasūtījumā.
Ir vērts tieši lūgt kalibrēšanas sertifikātu (ISO 17025 vai līdzvērtīgu izsekojamību), faktisko temperatūras kompensācijas diapazonu -, nevis tikai darbības diapazonu -, un apstiprinājumu par samitrinātu materiālu saderību ar jūsu konkrēto materiālu, nevis tikai vispārīgu ķīmiskās izturības diagrammu.
Tipiski pielietojumi
- Ūdens un notekūdeņu attīrīšanas - sūkņa vadība, tvertnes līmenis, izmantojot hidrostatisko spiedienu
- Naftas, gāzes un naftas ķīmijas - cauruļvadu uzraudzība, urbuma un naftas pārstrādes procesa kontrole
- HVAC un ēku automatizācija - dzesētāja spiediens, kanāla statiskais spiediens
- Pārtikas un dzērienu - higiēniski raidītāji CIP sistēmām un apstrādes tvertnēm
- Hidraulika un pneimatika - mobilais aprīkojums, izmēģinājumu stendi, iesmidzināšana
- Enerģijas ražošana - katla padeves ūdens un tvaika kolektora spiediens
Uzstādīšanas paradumi, kurus ir vērts pārņemt
- Pirms nodošanas ekspluatācijā atgaisojiet impulsu līnijas, lai izvairītos no iesprostotā gaisa izmešanas no šķidruma spiediena rādījumiem
- Divreiz{0}}pārbaudiet diferenciālā spiediena mērvienību montāžas orientāciju -, tas ietekmē nobīdi
- Saskaņojiet blīvējuma un starplikas materiālus ar procesa šķidrumu, nevis tikai ar to, kas jau atrodas plauktā
- Pārkalibrējiet pēc grafika, nevis gaidiet, līdz rādījums izskatās "nepietiekams"
- Nekad neļaujiet palaišanas pārejas periodiem pārsniegt nominālo pārspiediena robežu, pat īslaicīgi - diafragmas bojājumi, ko radījis smaile, bieži vien ir neatgriezeniski, pat ja normāla darbība paliek diapazonā.
Bieži uzdotie jautājumi
Vai spiediena raidītājs var izmērīt vakuumu?
Jā, ja tas ir paredzēts savienojuma diapazonam, kurā ietilpst negatīvs spiediens -, piemēram, no -1 līdz 5 bāriem. Ne visi modeļi to atbalsta, tāpēc pirms pasūtīšanas tas ir jāapstiprina datu lapā.
Cik bieži spiediena devējs ir jākalibrē?
Ikgadējais ir kopīgs bāzlīnija lielākajai daļai rūpniecisko cilpu, lai gan drošības{0}}kritiskās vai uzraudzības-nodošanas lietojumprogrammas var prasīt īsākus intervālus. Augstas-stabilitātes sensoru veidi dažkārt var pagarināt šo intervālu, taču tas ir jāpārbauda attiecībā pret konkrēto procesu un jebkādām normatīvajām prasībām, nevis jāpieņem.
Kāda ir atšķirība starp manometra, absolūtā un diferenciālā spiediena devējiem?
Manometriskais spiediens tiek mērīts attiecībā pret atmosfēras spiedienu, un tas ir visizplatītākais veids vispārējai lietošanai. Absolūto spiedienu mēra attiecībā pret pilnu vakuumu. Diferenciālais spiediens mēra atšķirību starp diviem atsevišķiem punktiem, un to plaši izmanto plūsmas mērīšanai un hidrostatiskās tvertnes līmenim.
Vai augstāka cena vienmēr nozīmē labāku precizitāti?
Nē. Cena atspoguļo sertifikātus, uzbūves kvalitāti, zīmolu un izpildes laiku tikpat lielā mērā kā precizitāti. Ir pilnīgi iespējams, ka vidējas -cenas raidītājs pārspēj augstākās kvalitātes-zīmola raidītāju, ņemot vērā -pasaules stabilitāti -, datu lapas precizitātes rādītājs ir labāks rādītājs nekā cenu zīme.
Pēdējās domas
Spiediena raidītājs ir neliela aparatūras daļa, kas veic darbu, no kura klusi ir atkarīgs vadības cilpa vai drošības bloķētājs. Izpratne par to, kas tajā patiesībā notiek - sensora elements, kondicionēšanas elektronika, standartizētā izvade -, ļauj daudz vieglāk kritiski izlasīt datu lapu un uzdot labākus jautājumus pirms pirkuma pasūtījuma izdošanas, nevis izvēlēties tikai cenu. Ja rodas šaubas, parasti pietiek ar procesa vides, spiediena diapazona un nepieciešamo sertifikāciju nosūtīšanu piegādātājam, lai saņemtu atbilstošu sensora ieteikumu bez lielām-un-turpām.
Atsauces
- Starptautiskā automatizācijas biedrība (ISA) -Procesa instrumentācijas terminoloģija, ISA-51.1
- Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (NIST) - spiediena mērīšanas pamati, nist.gov
- ATEX direktīva 2014/34/ES - Iekārtas izmantošanai potenciāli sprādzienbīstamā vidē
- IEC 60529 - Korpusu nodrošinātās aizsardzības pakāpes (IP kods)
- ISO/IEC 17025 - Vispārīgās prasības testēšanas un kalibrēšanas laboratoriju kompetencei
