Snímač tlaku je jednou z těch součástí, o kterých nikdo nepřemýšlí, dokud v nejhorší možnou chvíli selže. Sedí tiše na potrubní armatuře, odešle číslo do ovládacího panelu a dělá svou práci roky - až do chvíle, kdy špatná kalibrace nebo zkorodovaná membrána uvrhne proces do neplánovaného vypnutí. Pokud specifikujete jedno pro novou sestavení, nahrazujete nefunkční jednotku nebo se jen snažíte zjistit, proč se nabídky, které jste obdrželi, pohybují od 80 do 600 USD za to, co vypadá jako stejné zařízení, tato příručka má odpovědět na otázky, které se během tohoto procesu skutečně objeví.
Co je to vlastně převodník tlaku?
A tlakový vysílačměří tlak kapaliny, plynu nebo páry a převádí tento údaj na standardizovaný elektrický signál - obvykle 4-20 mA, 0–10 V nebo digitální protokol, jako je HART nebo Modbus – který může PLC, DCS nebo SCADA systém číst přímo. Signál je to, co z něj dělá "vysílač" spíše než jen senzor: je navržen tak, aby cestoval po kabelu, někdy i stovky metrů, aniž by se poškodil.
Převodník tlaku vs. převodník vs. měřidlo
Lidé používají tyto tři termíny volně a na RFQ, které mohou způsobit skutečný zmatek.
- Tlakoměr: plně mechanické, pouze odečítání místního číselníku, žádný elektrický signál.
- Snímač tlaku: převádí tlak na elektrickou hodnotu, ale obvykle je to nezpracovaný,-signál nízké úrovně (milivolty), který stále potřebuje externí zesílení.
- Vysílač tlaku: má vestavěné zesílení a úpravu signálu, takže na výstupu zákazníka je čistý,{0}}připravený{1}}signál -, který nevyžaduje žádný další hardware.
Pokud váš řídicí systém potřebuje zaznamenávat nebo reagovat na naměřené hodnoty, chcete vysílač. Pokud někdo potřebuje jen mrknout na číslo na panelu, měřidlo je levnější a jednodušší.
Jak vlastně funguje převodník tlaku
Odstraňte značku a žargon datového listu a každý vysílač tlaku dělá stejné tři věci: snímá malou fyzickou deformaci, převádí tuto deformaci na elektrickou hodnotu a čistí tuto hodnotu na použitelný signál.
Fáze snímání
Procesní tlak tlačí na membránu, obvykle přes olejový-izolátor, který brání skutečné procesní kapalině v kontaktu s elektronikou. Tato membrána se ohne - často o zlomek milimetru - a snímací prvek tento ohyb zaznamená jako změnu odporu, kapacity nebo rezonanční frekvence v závislosti na technologii snímače.
Fáze kondicionování
Nezpracovaný výstup ze senzoru je slabý, nelineární a sám o sobě je citlivý na změny teploty. Vnitřní elektronika jej zesiluje, koriguje teplotní drift, linearizuje křivku a vytlačuje standardizovaný signál. Zde také většina cenového rozdílu mezi vysílačem za 90 USD a vysílačem za 400 USD ve skutečnosti netkví - v samotném senzoru, ale v tom, jak dobře elektronika kompenzuje teplotu a dlouhodobý-drift.
Proč se 4-20 mA stalo výchozím nastavením
Vysílač čtecí 0 bar vydává 4 mA, nikoli 0 mA. To je schválně. Pokud proud smyčky klesne na nulu, řídicí systém okamžitě ví, že došlo k přerušení vodiče nebo mrtvému vysílači, místo aby si to spletl se skutečným nulovým-tlakem. Je to malá konstrukční volba, ale je to důvod, proč se 4-20 mA drží v průmyslovém prostředí po desetiletí, přestože jsou k dispozici novější digitální alternativy.
Rychlý příklad
Na výtlačné potrubí čerpadla vezměte vysílač s hodnotou 0-16 bar. V klidu je tlak 0 bar a smyčka ukazuje 4 mA. Jakmile čerpadlo běží a tlak v potrubí stoupne na 8 barů - poloviny jmenovitého rozpětí -, signál se úměrně zvýší na 12 mA. Při plném tlaku vysílače 16 barů dosáhne smyčka 20 mA. PLC převádí tento proud zpět na bar nebo psi a může spustit poplach v okamžiku, kdy překročí nastavenou prahovou hodnotu.
Hlavní snímací technologie
Piezorezistivní (tenzometr)
Tahoun průmyslu. Tenzometry jsou nalepeny nebo difundovány na křemíkovou nebo kovovou membránu v uspořádání Wheatstoneova můstku. Prohnutím membrány se změní odpor měřidel a vyváže se můstek, čímž se vytvoří napětí úměrné tlaku. Je levný, mechanicky odolný a pokrývá obrovský rozsah - od několika milibarů až po tisíce barů -, a proto se objevuje ve většině obecných průmyslových aplikací.
Kapacitní
Membrána zde tvoří jednu desku kondenzátoru, přičemž tlak mění mezeru na pevnou referenční desku. Kapacitní senzory jsou známé tím, že dobře drží svou kalibraci v průběhu času, takže mají tendenci se objevovat v aplikacích, kde je drift nákladný na opravu měření průtoku - diferenciálního tlaku a hladiny v nádrži jsou dva nejčastější.
Rezonanční křemík
Mikro-opracovaný silikonový prvek vibruje s nastavenou frekvencí a aplikovaný tlak tuto frekvenci posouvá způsobem, který lze měřit s velmi vysokou přesností. Tyto vysílače jsou dražší, ale jsou tou volbou, když aplikace skutečně nemůže tolerovat měření driftu - custody transfer, kde se malá chyba měření přímo promítne do peněz.
Piezoelektrický (pouze dynamický tlak)
Piezoelektrické prvky generují náboj pod napětím, ale tento náboj časem vyteče, takže nemohou udržet stabilní statický údaj. Nepoužívají se pro každodenní monitorování procesů -, jsou navrženy pro zachycení rychlých tlakových událostí, jako jsou špičky spalování nebo hydraulické rázy, kde rychlost odezvy záleží více než statická přesnost.
Příklad pole, který stojí za to vědět
Na balicí lince běžící smyčka CIP (čisté{0}}na{1}}místě) se objevovaly přerušované tlakové alarmy, které neodpovídaly tomu, co operátoři viděli na mechanickém tlakoměru vedle vysílače. Samotný vysílač testoval v pořádku na lavičce. Skutečnou příčinou byl zachycený vzduch v impulsním vedení napájejícím senzor -, což je běžný, nudný problém, který je zaměňován za vadný přístroj častěji, než by měl. Jakmile byla linka odvzdušněna a znovu naplněna, hodnoty se shodovaly a alarmy se zastavily. Je to připomínka, že vysílač je pouze tak přesný, jak přesná je jeho instalace; senzor si zřídkakdy zaslouží vinu, kterou dostane.
Specifikace, na kterých skutečně záleží při porovnávání cenových nabídek
Dva vysílače mohou na papíře vypadat téměř identicky a po instalaci mohou fungovat velmi odlišně. Před podpisem objednávky zkontrolujte:
- Přesnost- je uvedeno jako procento plného rozsahu (±0,1 % FS, ±0,25 % FS atd.). Nákup větší přesnosti, než proces potřebuje, jen zvyšuje náklady bez přínosu.
- Dosah a jmenovitý přetlak- váš pracovní tlak by měl pohodlně sedět ve jmenovitém rozpětí s dostatečnou rezervou, aby přežil občasné výkyvy.
- Výstupní signál- 4-20mA zůstává výchozí; HART, Modbus RTU nebo Profibus PA stojí za příplatek, pokud potřebujete vestavěnou-diagnostiku.
- Smáčené materiály- 316L nerezová ocel pokrývá nejběžnější použití; korozivní nebo vysoce čistá média- mohou vyžadovat Hastelloy, Monel nebo tantal.
- Procesní spojení- typ a velikost závitu musí přesně odpovídat stávajícímu fitinku; toto je nejčastější chyba při objednávání.
- Ochrana proti vniknutí a klasifikace oblastí- IP65/IP67 pro většinu průmyslových nastavení; Hodnocení ATEX, IECEx nebo jiskrově bezpečné pro nebezpečné zóny.
Kde kupující obvykle zakopnou
Největší chybou je nevybrat špatnou technologii senzoru -, porovnává se pouze ceny, aniž by se ověřovalo, zda jsou jednotky skutečně jablka-na-jablka. Převodníku nabízenému za zlomek ceny konkurence často něco chybí: žádný kalibrační certifikát, žádná teplotní kompenzace v celém rozsahu nebo smáčený materiál, který neodolá skutečné procesní kapalině. Tato mezera se obvykle projeví až po měsících provozu, kdy náklady na poruchu a výměnu daleko převyšují to, co bylo ušetřeno na původní objednávce.
Vyplatí se přímo požádat o kalibrační certifikát (ISO 17025 nebo ekvivalentní sledovatelnost), skutečný rozsah teplotní kompenzace - nejen provozní rozsah - a potvrzení kompatibility smáčeného materiálu s vašimi konkrétními médii, nikoli pouze obecnou tabulku chemické odolnosti.
Typické aplikace
- Řízení čerpadla vody a odpadních vod -, hladina v nádrži pomocí hydrostatického tlaku
- Monitorování ropovodů, plynu a petrochemie -, kontrola ústí vrtu a rafinérského procesu
- HVAC a automatizace budov - tlak chladiče, statický tlak v potrubí
- Hygienické vysílače potravin a nápojů - pro systémy CIP a procesní nádoby
- Hydraulika a pneumatika - mobilní zařízení, zkušební stolice, vstřikování
- Výroba energie - tlak napájecí vody kotle a páry
Instalační návyky, které stojí za to přijmout
- Před uvedením do provozu odvzdušněte impulsní vedení, abyste zabránili zachycení vzduchu vymrštěného z naměřených hodnot tlaku kapaliny
- Dvakrát-zkontrolujte montážní orientaci jednotek diferenciálního tlaku -, ovlivní to posun
- Přizpůsobte materiály těsnění a těsnění procesní kapalině, nejen tomu, co je již na polici
- Překalibrujte podle plánu a nečekejte, až bude čtení vypadat "ne"
- Nikdy nedovolte, aby přechodné jevy při spuštění překročily jmenovitý limit přetlaku, i když krátkodobé poškození membrány - špičkou je často trvalé, i když normální provoz zůstává v dosahu
Často kladené otázky
Může snímač tlaku měřit vakuum?
Ano, pokud je dimenzován pro rozsah sloučenin, který zahrnuje podtlak - něco jako -1 až 5 bar. Ne každý model to podporuje, takže je třeba to před objednávkou potvrdit v datovém listu.
Jak často by se měl snímač tlaku překalibrovat?
Pro většinu průmyslových smyček je společným základním standardem rok, i když aplikace pro přenos -kritických nebo custody{1}}mohou vyžadovat kratší intervaly. Typy senzorů s vysokou-stabilitou mohou tento interval někdy prodloužit, ale nemělo by se předpokládat, že to bude ověřeno podle konkrétního procesu a jakýchkoli regulačních požadavků.
Jaký je rozdíl mezi převodníky manometru, absolutního a diferenciálního tlaku?
Přetlak se měří relativně k atmosférickému tlaku a je nejběžnějším typem obecně používaného. Absolutní tlak se měří vzhledem k plnému vakuu. Diferenční tlak měří rozdíl mezi dvěma samostatnými body a je široce používán pro měření průtoku a hladiny hydrostatické nádrže.
Znamená vyšší cena vždy lepší přesnost?
Ne. Cena odráží certifikace, kvalitu sestavení, značku a dodací lhůtu stejně jako přesnost. Je zcela možné, že středně-cenový vysílač překonává prémiový-značkový vysílač ve skutečné-stabilitě ve skutečném světě -. Přesnost datového listu je lepším ukazatelem než cenovka.
Závěrečné myšlenky
Vysílač tlaku je malý kus hardwaru, který vykonává práci, na které tiše závisí regulační smyčka nebo bezpečnostní blokování. Pochopení toho, co se v něm vlastně děje - snímací prvek, elektronika pro úpravu, standardizovaný výstup - značně usnadňuje kritické čtení datového listu a pokládání lepších otázek před tím, než dojde k vyřízení objednávky, než výběr pouze na základě ceny. V případě pochybností obvykle stačí zaslat dodavateli procesní médium, tlakový rozsah a požadované certifikace, abyste získali doporučení senzoru, který se hodí, aniž byste museli-a{5}}ztrácet čas tam a zpět.
Reference
- International Society of Automation (ISA) -Terminologie procesní instrumentaceISA-51.1
- National Institute of Standards and Technology (NIST) - základy měření tlaku, nist.gov
- Směrnice ATEX 2014/34/EU - Zařízení pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu
- IEC 60529 - Stupně ochrany poskytované kryty (IP kód)
- ISO/IEC 17025 - Obecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří
