Ако сте прекарали известно време около промишлени уреди, почти сигурно сте чували хора да разменят „преобразувател“ и „предавател“ напред-назад. Новите техници ги смесват, екипите за доставки искат едното, когато имат предвид другото и дори някои продуктови каталози използват термините взаимозаменяемо. Това объркване причинява истински проблеми на сайта - Виждал съм забавяния на проекти и връщане на пратки, просто защото никой не е спрял, за да изясни какво точно прави всяко устройство и как работят заедно.
Истината е, че те не са едно и също нещо. Преобразувател и предавател работят като двойка ивсеки трансмитер за наляганеразчита и на двете части, за да вземе физическо отчитане на налягането и да го изпрати през инсталацията до система за управление.
Това ръководство разбива основната разлика между двете, разглежда стъпка по стъпка как работи един типичен трансмитер за налягане, обяснява трите най-често срещани типа измерване на налягането и обхваща стандартните изходни сигнали, които ще видите във всяко производствено предприятие. В крайна сметка ще можете да различите двете, да разберете какво се случва вътре в корпуса на предавателя и да вземете по-добри решения за оразмеряване за вашите собствени приложения.
Предавател срещу преобразувател: каква е действителната разлика?
Най-лесният начин да ги държите прави е следният: трансдюсерът усеща налягането, а предавателят изпраща сигнала. Това са две отделни функции, които често са пакетирани заедно в едно устройство -, поради което толкова много хора смесват термините.
Какво прави преобразувателят
Преобразувателят е устройство, което преобразува една форма на енергия в друга. При измерване на налягането той взема физическа механична сила от налягането на флуид или газ и го превръща в малък, слаб електрически сигнал.
Тази необработена електрическа мощност е много малка - обикновено миливолта - и не е стандартизирана. Той варира от един дизайн на сензора до следващия и е твърде слаб, за да измине повече от кратко разстояние, без да улови шум и да загуби точност. Сам по себе си необработеният сигнал на преобразувателя не е полезен за изпращане към PLC или DCS от другата страна на съоръжението.
Преобразувателите се предлагат в много сензорни технологии: тензометрични, капацитивни, пиезоелектрични, потенциометрични и други. Кой от тях ще се използва зависи от диапазона на налягането, вида на средата, температурата и изискванията за точност на приложението.
Какво прави предавателят
Предавателят приема слабия, не-стандартен електрически сигнал от сондата и го настройва, усилва и преобразува в стандартизиран промишлен изходен сигнал, който може надеждно да пътува на големи разстояния.
Работата на предавателя е да превърне малък променлив сигнал в постоянен, универсално признат диапазон - най-често 4–20 mA за токови вериги или 1–5 V за изходи на напрежение -, където долната част на диапазона е равна на 0% от измереното налягане, а горната е равна на 100%. Този стандартизиран сигнал може да премине стотици метри през окабеляването на завода без загуба на точност и всяка система за управление в света знае как да го интерпретира.
Защо термините се смесват толкова често
Почти всички модерни трансмитери за налягане, продавани днес, пакетират както чувствителния елемент на трансдюсера, така и веригата на трансмитера в един корпус. За повечето полеви инструменти не ги купувате отделно - купувате пълен комплект.
С течение на времето индустрията започна да нарича цялото звено с едно от двете имена. Някои доставчици го наричат трансдюсер за налягане, други го наричат трансмитер за налягане, а за повечето--полеви модули и двете имена се отнасят за един и същ пълен продукт. Разликата има значение само когато поправяте вътрешни компоненти, оразмерявате необработени сензори за персонализирани компилации или сравнявате части-на ниво компонент.
Как всъщност работи трансмитерът за налягане (стъпка по стъпка)
Във всеки индустриален трансмитер за налягане има три основни етапа: изолираща диафрагма, сензорен преобразувател и сигнална верига на трансмитера. Ето какво се случва на всеки етап, когато прилагате технологичен натиск.
Етап 1: Измервателната диафрагма прави първи контакт
Процесният флуид или газ никога не докосват директно деликатния чувствителен елемент. Първо се притиска към тънка, здрава измервателна диафрагма, заварена или закрепена към повърхността на свързване към процеса на трансмитера.
Тази диафрагма е изработена от неръждаема стомана, Hastelloy или друг устойчив на корозия-материал, подходящ за технологичната среда. Той се огъва много леко под натиск и прехвърля тази сила чрез течност за пълнене (обикновено силиконово масло или друга инертна течност) към действителния сензорен елемент от другата страна.
Това разделяне служи на две важни цели:
- Той предпазва крехкия сензорен материал от корозивни, абразивни или замърсени технологични среди
- Позволява сензорът да бъде калибриран и запечатан във фабриката, така че да остане точен години наред при тежки полеви условия
Етап 2: Преобразувателят преобразува силата в електрически сигнал
Зад течността за пълнене се намира преобразувателят - действителният сензор за налягане. Три технологии са най-разпространени в приложенията на промишлени процеси:
Тензометрични сензориса най-широко използвани. Модел от миниатюрни-чувствителни резистори е свързан към твърда диафрагма. Когато налягането отклони диафрагмата, резисторите се разтягат или компресират, променяйки електрическото си съпротивление. Тази промяна е много малка и се измерва чрез мостова верига на Уитстоун, произвеждаща изходно ниво на миливолт-пропорционално на налягането.
Капацитивни сензориизползвайте две успоредни метални пластини, една фиксирана и една прикрепена към гъвкава диафрагма. Тъй като налягането движи диафрагмата, пролуката между плочите се променя, което променя електрическия капацитет. Този дизайн е много стабилен при много ниски диапазони на налягане и се представя добре при големи температурни колебания.
Пиезоелектрични сензоригенерират малко напрежение директно, когато кристалният материал е подложен на механично напрежение. Те са отлични при измерване на бързи скокове на налягането и динамични промени в налягането, но са по-рядко срещани за измерване на налягането в процес на стабилно-състояние.
Във всеки случай крайният резултат е един и същ: много малък електрически сигнал, който се променя с промяната на налягането. Сам по себе си този сигнал е твърде слаб и твърде лесно се изкривява, за да бъде изпратен през растение.
Етап 3: Веригата на предавателя произвежда стандартен изход
Суровият сигнал на преобразувателя се подава в електронната платка на предавателя. Тази дъска прави три ключови неща:
1. Кондициониране на сигнала: Филтрира електрическия шум, компенсира температурния дрейф и линеаризира изхода, така че сигналът да съответства равномерно на налягането в целия диапазон.
2. Усилване: Усилва малкия миливолтов сигнал до силно, използваемо ниво.
3.Стандартизация: Преобразува сигнала в универсално признат изходен диапазон - почти винаги 4–20 mA за дву-промишлени инсталации с проводник или 1–5 V за използване в шкаф на по-късо разстояние.
Окончателният стандартизиран сигнал преминава през терминалите на предавателя към системата за управление, където PLC или DCS чете стойността на тока или напрежението и я преобразува обратно в действително показание за налягане.
3 общи типа измерване на налягането
Трансмитерите за налягане не измерват всички налягане по един и същи начин. Това, което те споменават като своя "нулева точка", променя начина, по който трябва да се тълкува разчитането. Има три основни вида и изборът на грешен е много често срещана грешка при определяне на размера.
Манометрично налягане
Манометричното налягане е най-често срещаният тип, използван в технологичните инсталации. Той измерва налягането спрямо текущото атмосферно налягане.
Когато предавател за манометрично налягане показва 0, това означава, че вътрешното налягане е равно на налягането на външния околен въздух. Показанията обикновено се означават с наставка (g), като psi(g) или bar(g).
Манометричното налягане се използва за повечето общи измервания на налягането в резервоара, налягането в тръбопровода и изпускането на помпата. Ако нямате конкретна причина да измервате абсолютно или диференциално налягане, почти със сигурност се нуждаете от манометрично налягане.
Абсолютно налягане
Абсолютното налягане се измерва спрямо идеален вакуум - 0 psi(a)=общ вакуум. Той включва атмосферното налягане като част от показанията.
На морското равнище нормалното атмосферно налягане е приблизително 14,7 psi(a). Това означава, че резервоар, отворен към атмосферата, ще отчете 14,7 psi(a) на трансмитер за абсолютно налягане и 0 psi(g) на трансмитер за манометрично налягане.
Абсолютното налягане се използва за вакуумни процеси, запечатани газови системи, измервания на налягането на парите и всяко приложение, където се нуждаете от отчитане, независимо от промените в местното атмосферно налягане.
Диференциално налягане
Трансмитерите за диференциално налягане (DP) измерват разликата в налягането между два отделни входни порта. Те не ви казват налягането в нито една точка - само колко по-висока е едната страна от другата.
Това е изключително универсален тип измерване. Трансмитерите за диференциално налягане се използват за:
- Измерване на потока през плочи с отвор, тръби на Вентури и дюзи за поток
- Измерване на нивото в резервоари под налягане чрез сравняване на налягането на главата с налягането на газовата обвивка
- Откриване на запушване на филтъра и филтъра чрез измерване на спада на налягането
- Мониторинг на диференциалното налягане на помпата
Сензорът вътре работи по същия основен начин, но е изложен на натиск от двете страни на сензорната диафрагма, вместо само от едната.
Стандартни изходни сигнали: 4–20mA срещу. 1–5V
Ще видите два изходни стандарта, използвани в почти всички индустриални трансмитери за налягане. Всеки има свой собствен най-добър случай на употреба.
4–20 mA токова верига (най-често срещана)
Сигналът 4–20 mA е работният кон на контрола на индустриалния процес. 4 mA съответства на 0% от обхвата на налягането, а 20 mA съответства на 100%.
Най-голямото предимство на токовия сигнал е, че той не се влошава при дълги проводници и е силно устойчив на електрически шум от двигатели, VFD и друго инсталационно оборудване. Той също така поддържа дву{1}}жична работа, при която една и съща двойка проводници захранва както предавателя, така и пренася измервателния сигнал.
„Живата нула“ от 4 mA е умишлена: ако сигналът падне до 0 mA, системата за управление незабавно го разпознава като скъсан проводник или неизправен трансмитер, а не като отчитане на нулево налягане. Това е критична функция за безопасност и диагностика.
Изходно напрежение 1–5 V
Изходите за напрежение са по-рядко срещани при полеви инсталации, но широко използвани в контролни шкафове, тестови стендове и приложения на по-къси разстояния. 1 V=0% диапазон, 5 V=100% диапазон.
Сигналите за напрежение са по-прости и по-евтини за кратки разстояния, но губят точност на големи разстояния поради съпротивлението на проводника и улавят електрически смущения много по-лесно. Те също така изискват отделно захранване. За всичко извън контролирана среда на шкаф, 4–20 mA почти винаги е по-добрият избор.
Съвети за бърз избор и често срещани погрешни схващания
След като работих с тези инструменти в производствени предприятия, има няколко грешки, които виждам да се повтарят повече от други.
1. Не купувайте абсолютно налягане случайно. Ако поръчате абсолютен трансмитер за приложение със стандартно манометрично налягане, всичките ви показания ще бъдат отклонени с приблизително 14,7 psi. Винаги проверявайте два пъти -референтния тип, преди да направите поръчка.
2,4–20 mA не е остарял. Дори и с всички цифрови протоколи за полеви шини, налични днес, обикновеният 4–20 mA все още е най-универсално поддържаният, най-лесният за отстраняване на неизправности и най-надеждният стандарт за сигнал за основно измерване на налягането.
3. Точността зависи от нещо повече от сензора. Високо{1}}прецизният преобразувател все още ще дава лоши показания, ако е инсталиран неправилно, изложен на екстремни температури извън неговата номинална стойност или съчетан с грешен материал на диафрагмата за технологичната среда.
Ако оразмерявате трансмитери за налягане за вашия процес и не сте сигурни кой тип налягане, изходен сигнал или материал на диафрагмата отговарят на вашето приложение, винаги си струва първо да потвърдите със специалист по инструменти. Получаването на правилната спецификация на предния край избягва седмици забавяне във времето за доставка и връщания по-късно.
Често задавани въпроси
Преобразувателят за налягане същото ли е като предавателят?
Не точно. Преобразувател преобразува налягането в необработен електрически сигнал. Предавателят приема този необработен сигнал и го превръща в стандартизиран изход с голям-обхват. Повечето предаватели на полево налягане, продавани днес, включват и двете части в един корпус, така че термините често се използват взаимозаменяемо.
Защо се използва 4–20mA вместо 0–20mA?
4 mA жива нула служи за две цели: захранва трансмитера по дву-жична верига и позволява на системата за управление да различи разликата между истинско отчитане на нулево налягане и скъсан проводник или повреден трансмитер. Ако сигналът падне до 0 mA, той веднага се разпознава като повреда.
Кои са трите вида измерване на налягането?
Трите основни вида са манометрично налягане (отнесено към атмосферата), абсолютно налягане (отнесено към вакуума) и диференциално налягане (измерване на разликата между две точки).
Може ли трансдюсер да работи без трансмитер?
Необработеният преобразувател ще произведе електрически сигнал, но той ще бъде много слаб, не-стандартен и неподходящ за предаване на дълги разстояния. За общо използване при контрол на процеса е необходим предавател за кондициониране и стандартизиране на сигнала.
Последни мисли
Трансмитерите за налягане са едни от най-разпространените инструменти във всяко производствено предприятие, но е лесно да се третират с тях като с черна кутия. Разбирането на разликата между преобразувател и предавател, как работи чувствителният елемент и какво означават различните типове налягане и сигнал ще ви помогне да ги посочите правилно, да ги отстраните по-бързо и да избегнете най-често срещаните грешки при оразмеряването.
В крайна сметка най-добрият трансмитер за налягане не е този с най-фантастичните спецификации -, а този, който е правилно съобразен с вашата технологична среда, диапазон на налягане, температура и среда на инсталиране.
Ако се нуждаете от помощ при избора на правилния трансмитер за налягане за вашето приложение или имате въпроси относно изходните сигнали, материалите на диафрагмата или видовете налягане, нашият технически екип може да прегледа вашите параметри на процеса и да препоръча подходящо оразмерена конфигурация.
Референции
- Международно дружество по автоматизация (ISA). (2022).Измерване на налягането: принципи, инсталиране и калибриране. Research Triangle Park, NC: ISA.
- Rosemount Inc. (2024 г.).Основи на трансмитера за налягане: Ръководство за технология и приложение. Решения за автоматизация на Emerson.
- WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG. (2023).Трансдюсери за налягане срещу трансмитери: Техническо обяснение. WIKA Индустриална апаратура.
- Национален институт за стандарти и технологии (NIST). (2021).Калибриране на уреди за измерване на налягане. Наръчник на NIST 150.
- ABB Измерване и анализ. (2024).Индустриални трансмитери за налягане: Ръководство за избор на технология.
