Ένας πομπός πίεσης είναι ένα από εκείνα τα μέρη που κανείς δεν σκέφτεται μέχρι να αστοχήσει τη χειρότερη δυνατή στιγμή. Κάθεται αθόρυβα σε ένα εξάρτημα σωλήνα, τροφοδοτεί έναν αριθμό σε έναν πίνακα ελέγχου και κάνει τη δουλειά του για χρόνια - έως ότου μια κακή βαθμονόμηση ή ένα διαβρωμένο διάφραγμα φέρει μια διαδικασία σε έναν απρογραμμάτιστο τερματισμό λειτουργίας. Εάν καθορίζετε ένα για μια νέα έκδοση, αντικαθιστάτε μια αποτυχημένη μονάδα ή απλώς προσπαθείτε να καταλάβετε γιατί οι τιμές που λάβατε κυμαίνονται από 80 $ έως 600 $ για κάτι που μοιάζει με την ίδια συσκευή, αυτός ο οδηγός προορίζεται να απαντήσει στις ερωτήσεις που όντως προκύπτουν κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.
Τι είναι ακριβώς ένας πομπός πίεσης;
A πομπός πίεσηςμετρά την πίεση ενός υγρού, αερίου ή ατμού και μετατρέπει αυτήν την ένδειξη σε ένα τυποποιημένο ηλεκτρικό σήμα - συνήθως 4-20mA, 0-10V ή σε ένα ψηφιακό πρωτόκολλο όπως το HART ή το Modbus - το οποίο μπορεί να διαβάσει απευθείας ένα σύστημα PLC, DCS ή SCADA. Το σήμα είναι αυτό που το κάνει «πομπό» και όχι απλώς αισθητήρα: είναι σχεδιασμένο να ταξιδεύει κάτω από ένα καλώδιο, μερικές φορές εκατοντάδες μέτρα, χωρίς να υποβαθμίζεται.
Πομπός πίεσης έναντι μορφοτροπέα έναντι μετρητή
Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αυτούς τους τρεις όρους χαλαρά και σε μια RFQ που μπορεί να προκαλέσει πραγματική σύγχυση.
- Μανόμετρο: πλήρως μηχανικό, μόνο για ανάγνωση τοπικού καντράν, χωρίς ηλεκτρικό σήμα.
- Μετατροπέας πίεσης: μετατρέπει την πίεση σε ηλεκτρική τιμή, αλλά συνήθως σε ακατέργαστο σήμα χαμηλού-επιπέδου (millivolt) που χρειάζεται ακόμα εξωτερική ενίσχυση.
- Πομπός πίεσης: έχει ενσωματωμένη την ενίσχυση και τη ρύθμιση του σήματος, επομένως εκπέμπει ένα καθαρό, έτοιμο--σήμα για χρήση - χωρίς να απαιτείται επιπλέον υλικό από την πλευρά του πελάτη.
Εάν το σύστημα ελέγχου σας χρειάζεται να καταγράψει ή να αντιδράσει στην ανάγνωση, θέλετε έναν πομπό. Εάν κάποιος χρειάζεται απλώς να ρίξει μια ματιά σε έναν αριθμό σε έναν πίνακα, ένας μετρητής είναι φθηνότερος και απλούστερος.
Πώς λειτουργεί πραγματικά ένας πομπός πίεσης
Αφαιρέστε την επωνυμία και την ορολογία του φύλλου δεδομένων και κάθε πομπός πίεσης κάνει τα ίδια τρία πράγματα: ανιχνεύει μια μικροσκοπική φυσική παραμόρφωση, μετατρέπει αυτήν την παραμόρφωση σε ηλεκτρική τιμή και καθαρίζει αυτήν την τιμή σε χρησιμοποιήσιμο σήμα.
Το στάδιο της αίσθησης
Η πίεση διεργασίας πιέζει ένα διάφραγμα, συνήθως μέσω ενός απομονωτικού-γεμάτου λαδιού που εμποδίζει το πραγματικό ρευστό διεργασίας να αγγίξει τα ηλεκτρονικά. Αυτό το διάφραγμα κάμπτεται - συχνά κατά ένα κλάσμα του χιλιοστού - και το αισθητήριο στοιχείο λαμβάνει αυτήν την κάμψη ως αλλαγή στην αντίσταση, τη χωρητικότητα ή τη συχνότητα συντονισμού, ανάλογα με την τεχνολογία του αισθητήρα.
Το στάδιο της προετοιμασίας
Η ακατέργαστη έξοδος από τον αισθητήρα είναι αδύναμη, μη-μη γραμμική και ευαίσθητη στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας από μόνη της. Τα εσωτερικά ηλεκτρονικά το ενισχύουν, διορθώνουν τη μετατόπιση θερμοκρασίας, γραμμικοποιούν την καμπύλη και ωθούν προς τα έξω ένα τυποποιημένο σήμα. Αυτό είναι επίσης όπου το μεγαλύτερο μέρος της διαφοράς τιμής μεταξύ ενός πομπού 90 $ και ενός πομπού 400 $ ζει στην πραγματικότητα - όχι στον ίδιο τον αισθητήρα, αλλά στο πόσο καλά τα ηλεκτρονικά αντισταθμίζουν τη θερμοκρασία και τη μακροπρόθεσμη μετατόπιση-.
Γιατί τα 4-20mA έγιναν η προεπιλογή
Ένας πομπός με ένδειξη 0 bar βγάζει 4mA, όχι 0mA. Αυτό είναι σκόπιμα. Εάν το ρεύμα βρόχου πέσει στο μηδέν, το σύστημα ελέγχου γνωρίζει αμέσως ότι υπάρχει διακοπή του καλωδίου ή νεκρός πομπός, αντί να το μπερδέψει για μια πραγματική κατάσταση μηδενικής-πίεσης. Είναι μια μικρή σχεδιαστική επιλογή, αλλά είναι ο λόγος που τα 4-20mA έχουν κολλήσει σε βιομηχανικές ρυθμίσεις για δεκαετίες, παρά τις διαθέσιμες νεότερες ψηφιακές εναλλακτικές λύσεις.
Ένα γρήγορο παράδειγμα
Πάρτε έναν πομπό με ονομαστική τιμή 0-16 bar σε μια γραμμή εκκένωσης αντλίας. Σε κατάσταση ηρεμίας, η πίεση βρίσκεται στα 0 bar και ο βρόχος δείχνει 4 mA. Μόλις η αντλία λειτουργεί και η πίεση της γραμμής ανέβει στα 8 bar - στο μισό της ονομαστικής έκτασης - το σήμα ανεβαίνει αναλογικά στα 12 mA. Στην πίεση πλήρους κλίμακας του πομπού των 16 bar, ο βρόχος φτάνει τα 20 mA. Το PLC μετατρέπει αυτό το ρεύμα ξανά σε bar ή psi και μπορεί να ενεργοποιήσει συναγερμό τη στιγμή που θα περάσει ένα καθορισμένο όριο.
Οι κύριες τεχνολογίες ανίχνευσης
Piezoresistive (Μέτρο καταπόνησης)
Το άλογο της βιομηχανίας. Οι μετρητές καταπόνησης συνδέονται ή διαχέονται σε ένα διάφραγμα πυριτίου ή μετάλλου σε διάταξη γέφυρας Wheatstone. Η κάμψη του διαφράγματος αλλάζει την αντίσταση των μετρητών και ανισορροπεί τη γέφυρα, παράγοντας τάση ανάλογη της πίεσης. Είναι φθηνό, μηχανικά ανθεκτικό και καλύπτει ένα τεράστιο εύρος - από μερικά millibar έως τις χιλιάδες bar -, γι' αυτό εμφανίζεται στην πλειονότητα των γενικών βιομηχανικών εφαρμογών.
Χωρητικός
Το διάφραγμα εδώ σχηματίζει μια πλάκα ενός πυκνωτή, με την πίεση που αλλάζει το διάκενο σε μια σταθερή πλάκα αναφοράς. Οι χωρητικοί αισθητήρες είναι γνωστοί ότι διατηρούν καλά τη βαθμονόμησή τους με την πάροδο του χρόνου, επομένως τείνουν να εμφανίζονται σε εφαρμογές όπου η μετατόπιση είναι δαπανηρή για τη διόρθωση - μέτρησης ροής διαφορικής πίεσης και η στάθμη της δεξαμενής είναι τα δύο πιο κοινά.
Αντηχητικό πυρίτιο
Ένα μικρο-κατεργασμένο στοιχείο πυριτίου δονείται σε μια καθορισμένη συχνότητα και η εφαρμοζόμενη πίεση μετατοπίζει αυτή τη συχνότητα με τρόπο που μπορεί να μετρηθεί με πολύ υψηλή ακρίβεια. Αυτοί οι πομποί κοστίζουν περισσότερο, αλλά είναι η επιλογή όταν η εφαρμογή πραγματικά δεν μπορεί να ανεχθεί τη μέτρηση μεταφοράς drift -, για παράδειγμα, όπου ένα μικρό σφάλμα μέτρησης μεταφράζεται απευθείας σε χρήματα.
Πιεζοηλεκτρική (μόνο δυναμική πίεση)
Τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία δημιουργούν ένα φορτίο υπό πίεση, αλλά αυτό το φορτίο εξαφανίζεται με την πάροδο του χρόνου, επομένως δεν μπορούν να κρατήσουν μια σταθερή στατική ένδειξη. Δεν χρησιμοποιούνται για την καθημερινή παρακολούθηση διεργασιών - είναι κατασκευασμένα για την καταγραφή γρήγορων γεγονότων πίεσης όπως αιχμές καύσης ή υδραυλικό σοκ, όπου η ταχύτητα απόκρισης έχει μεγαλύτερη σημασία από τη στατική ακρίβεια.
Ένα παράδειγμα πεδίου που αξίζει να γνωρίζετε
Μια γραμμή συσκευασίας που εκτελούσε βρόχο CIP (καθαρό-σε-τόπο) αντιμετώπιζε διακοπτόμενους συναγερμούς πίεσης που δεν ταίριαζαν με αυτό που έβλεπαν οι χειριστές στο μηχανικό μανόμετρο δίπλα στον πομπό. Ο ίδιος ο πομπός δοκιμάστηκε μια χαρά στον πάγκο. Η πραγματική αιτία αποδείχθηκε ότι ήταν παγιδευμένος αέρας στη γραμμή ώθησης που τροφοδοτεί τον αισθητήρα - ένα συνηθισμένο, βαρετό πρόβλημα που μπερδεύεται ως ελαττωματικό όργανο πιο συχνά από όσο θα έπρεπε. Μόλις η γραμμή αιμορραγήθηκε και ξαναγεμίστηκε, οι ενδείξεις ταιριάστηκαν και οι συναγερμοί σταμάτησαν. Είναι μια υπενθύμιση ότι ένας πομπός είναι τόσο ακριβής όσο η εγκατάστασή του. ο αισθητήρας σπάνια αξίζει την ευθύνη που παίρνει.
Προδιαγραφές που έχουν πραγματικά σημασία κατά τη σύγκριση τιμών
Δύο πομποί μπορεί να φαίνονται σχεδόν πανομοιότυποι στο χαρτί και να έχουν πολύ διαφορετική απόδοση μετά την εγκατάσταση. Πριν υπογράψετε μια παραγγελία αγοράς, ελέγξτε:
- ΑκρίβειαΤο - δίνεται ως ποσοστό της πλήρους κλίμακας (±0,1% FS, ±0,25% FS, κ.λπ.). Η αγορά μεγαλύτερης ακρίβειας από αυτή που χρειάζεται η διαδικασία απλώς διογκώνει το κόστος χωρίς κανένα όφελος.
- Εύρος και βαθμολογία υπερπίεσης- η πίεση εργασίας σας θα πρέπει να κάθεται άνετα μέσα στο ονομαστικό εύρος, με αρκετό περιθώριο για να επιβιώσει από περιστασιακές αιχμές.
- Σήμα εξόδουΤο - 4-20mA παραμένει το προεπιλεγμένο. Το HART, το Modbus RTU ή το Profibus PA αξίζουν το επιπλέον κόστος εάν χρειάζεστε ενσωματωμένα-διαγνωστικά.
- Διαβρεγμένα υλικά- 316Ο ανοξείδωτος χάλυβας L καλύπτει την πιο γενική χρήση. διαβρωτικά ή υψηλής καθαρότητας μέσα-μπορεί να απαιτούν Hastelloy, Monel ή ταντάλιο.
- Σύνδεση διαδικασίαςΟ τύπος και το μέγεθος του νήματος - πρέπει να ταιριάζουν ακριβώς με τα υπάρχοντα εξαρτήματα. αυτό είναι το πιο συνηθισμένο λάθος παραγγελίας.
- Προστασία εισόδου και ταξινόμηση περιοχής- IP65/IP67 για τις περισσότερες βιομηχανικές ρυθμίσεις. Αξιολογήσεις ATEX, IECEx ή εγγενώς ασφαλείς για επικίνδυνες ζώνες.
Εκεί που συνήθως παρασύρονται οι αγοραστές
Το μεγαλύτερο λάθος δεν είναι η επιλογή της λανθασμένης τεχνολογίας αισθητήρων - αλλά η σύγκριση τιμών καθαρά βάσει της τιμής χωρίς να ελεγχθεί εάν οι μονάδες είναι όντως μήλα-με-μήλα. Ένας πομπός που διατίθεται σε ένα κλάσμα της τιμής ενός ανταγωνιστή συχνά λείπει κάτι: κανένα πιστοποιητικό βαθμονόμησης, καμία αντιστάθμιση θερμοκρασίας σε όλο το εύρος ή ένα βρεγμένο υλικό που δεν αντέχει στο πραγματικό ρευστό διεργασίας. Αυτό το κενό συνήθως δεν εμφανίζεται πριν από μήνες στην υπηρεσία, οπότε το κόστος μιας βλάβης και μιας ανταλλαγής αντικατάστασης υπερβαίνει κατά πολύ ό,τι εξοικονομήθηκε στην αρχική παραγγελία.
Αξίζει να ζητήσετε απευθείας ένα πιστοποιητικό βαθμονόμησης (ISO 17025 ή ισοδύναμη ιχνηλασιμότητα), το πραγματικό εύρος αντιστάθμισης θερμοκρασίας - όχι μόνο το εύρος λειτουργίας - και επιβεβαίωση της συμβατότητας βρεγμένου υλικού με τα συγκεκριμένα μέσα σας, όχι απλώς ένα γενικό διάγραμμα χημικής αντίστασης.
Τυπικές Εφαρμογές
- Επεξεργασία νερού και λυμάτων - Έλεγχος αντλίας, στάθμη δεξαμενής μέσω υδροστατικής πίεσης
- Παρακολούθηση αγωγών πετρελαίου, φυσικού αερίου και πετροχημικών -, έλεγχος διεργασιών γεώτρησης και διυλιστηρίου
- HVAC και αυτοματισμός κτιρίου - πίεση ψυκτικού συγκροτήματος, στατική πίεση αγωγού
- Υγιεινοί πομποί τροφίμων και ποτών - για συστήματα CIP και δοχεία επεξεργασίας
- Υδραυλικά και πνευματικά - κινητός εξοπλισμός, πάγκοι δοκιμών, χύτευση με έγχυση
- Παραγωγή ενέργειας - τροφοδοσίας νερού λέβητα και πίεση κεφαλής ατμού
Συνήθειες εγκατάστασης που αξίζει να υιοθετήσετε
- Εξαερώστε τις παλμικές γραμμές πριν θέσετε σε λειτουργία για να αποφύγετε τον παγιδευμένο αέρα που εκτοξεύει τις ενδείξεις πίεσης υγρού
- Διπλός-ελέγξτε τον προσανατολισμό τοποθέτησης στις μονάδες διαφορικής πίεσης - επηρεάζει τη μετατόπιση
- Ταιριάξτε τα υλικά στεγανοποίησης και φλάντζας με το υγρό διεργασίας, όχι μόνο με αυτό που υπάρχει ήδη στο ράφι
- Βαθμονόμηση εκ νέου σε ένα χρονοδιάγραμμα αντί να περιμένει μια ανάγνωση για να φαίνεται "εκτός"
- Ποτέ μην αφήνετε τα μεταβατικά κατά την εκκίνηση να υπερβαίνουν το ονομαστικό όριο υπερπίεσης, ακόμη και για σύντομο χρονικό διάστημα η ζημιά στο διάφραγμα από μια ακίδα είναι συχνά μόνιμη, ακόμη και αν η κανονική λειτουργία παραμένει εντός του εύρους
Συχνές Ερωτήσεις
Μπορεί ένας πομπός πίεσης να μετρήσει το κενό;
Ναι, αν έχει βαθμολογηθεί για ένα εύρος σύνθετων που περιλαμβάνει αρνητική πίεση - κάτι από -1 έως 5 bar. Δεν το υποστηρίζει όλα τα μοντέλα, επομένως πρέπει να επιβεβαιωθεί στο φύλλο δεδομένων πριν από την παραγγελία.
Πόσο συχνά πρέπει να βαθμονομείται εκ νέου ένας πομπός πίεσης;
Η ετήσια βάση είναι η κοινή βάση για τους περισσότερους βιομηχανικούς βρόχους, αν και οι εφαρμογές μεταφοράς-κρίσιμων ή φύλαξης-μπορεί να απαιτούν μικρότερα χρονικά διαστήματα. Οι τύποι αισθητήρων υψηλής-σταθερότητας μπορεί μερικές φορές να επεκτείνουν αυτό το διάστημα, αλλά θα πρέπει να επαληθεύονται σε σχέση με τη συγκεκριμένη διαδικασία και τυχόν ρυθμιστικές απαιτήσεις, και όχι ως δεδομένο.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των πομπών μετρητή, απόλυτης και διαφορικής πίεσης;
Η πίεση του μετρητή μετριέται σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση και είναι ο πιο κοινός τύπος γενικής χρήσης. Η απόλυτη πίεση μετριέται σε σχέση με το πλήρες κενό. Η διαφορική πίεση μετρά τη διαφορά μεταξύ δύο ξεχωριστών σημείων και χρησιμοποιείται ευρέως για τη μέτρηση της ροής και τη στάθμη της υδροστατικής δεξαμενής.
Μια υψηλότερη τιμή σημαίνει πάντα καλύτερη ακρίβεια;
Όχι. Η τιμή αντικατοπτρίζει τις πιστοποιήσεις, την ποιότητα κατασκευής, την επωνυμία και τον χρόνο παράδοσης όσο και την ακρίβεια. Είναι απολύτως δυνατό για έναν πομπό μεσαίας τιμής-να ξεπεράσει έναν πομπό premium-με επωνυμία στην πραγματική-σταθερότητα του κόσμου -, ο αριθμός ακρίβειας του φύλλου δεδομένων είναι καλύτερος δείκτης από την τιμή.
Τελικές Σκέψεις
Ένας πομπός πίεσης είναι ένα μικρό κομμάτι υλικού που κάνει μια δουλειά από την οποία εξαρτάται αθόρυβα ένας βρόχος ελέγχου ή η ασφάλιση. Η κατανόηση του τι πραγματικά συμβαίνει μέσα σε αυτό - το αισθητήριο στοιχείο, τα ηλεκτρονικά κλιματισμού, η τυποποιημένη έξοδος - διευκολύνει πολύ την κριτική ανάγνωση ενός φύλλου δεδομένων και την υποβολή καλύτερων ερωτήσεων πριν από την έκδοση μιας παραγγελίας, αντί να επιλέξετε μόνο την τιμή. Σε περίπτωση αμφιβολίας, η αποστολή μέσων επεξεργασίας, του εύρους πίεσης και των απαιτούμενων πιστοποιητικών σε έναν προμηθευτή είναι συνήθως αρκετή για να λάβετε μια σύσταση αισθητήρα που ταιριάζει, χωρίς πολλά μπρος--πίσω.
Αναφορές
- International Society of Automation (ISA) -Ορολογία οργάνων διεργασίας, ISA-51.1
- Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) - βασικές αρχές μέτρησης πίεσης, nist.gov
- Οδηγία ATEX 2014/34/EU - Εξοπλισμός για χρήση σε δυνητικά εκρηκτικές ατμόσφαιρες
- IEC 60529 - Βαθμοί προστασίας που παρέχονται από περιβλήματα (Κωδικός IP)
- ISO/IEC 17025 - Γενικές απαιτήσεις για την ικανότητα των εργαστηρίων δοκιμών και βαθμονόμησης
