Procesný prevodník je základným nástrojom v rôznych priemyselných aplikáciách, ktorý zohráva kľúčovú úlohu pri meraní a prenose procesných premenných, ako je tlak, teplota, prietok a hladina. Ako popredný dodávateľ procesných vysielačov som nadšený, že sa môžem ponoriť do princípov fungovania týchto pozoruhodných zariadení a objasniť, ako prispievajú k efektívnosti a bezpečnosti priemyselných procesov.
Základné komponenty procesného vysielača
Predtým, ako preskúmame pracovný mechanizmus, najprv pochopme základné komponenty procesného vysielača. Typický procesný vysielač pozostáva zo snímacieho prvku, obvodu na úpravu signálu a komunikačného rozhrania.
Snímací prvok je srdcom vysielača, ktorý je zodpovedný za prevod premennej fyzikálneho procesu na elektrický signál. V závislosti od meranej premennej sa používajú rôzne typy snímacích prvkov. Napríklad snímač tlaku môže na meranie tlaku používať tenzometer, kapacitný snímač alebo piezoelektrický snímač.
Obvod úpravy signálu spracováva elektrický signál zo snímacieho prvku, zosilňuje ho, filtruje a linearizuje, aby vytvoril štandardizovaný výstupný signál. Tento výstupný signál je zvyčajne vo forme prúdovej slučky 4-20 mA alebo digitálneho signálu, ktorý možno ľahko prenášať na veľké vzdialenosti.
Komunikačné rozhranie umožňuje vysielaču komunikovať s inými zariadeniami v riadiacom systéme, ako je programovateľný logický automat (PLC) alebo distribuovaný riadiaci systém (DCS). Bežné komunikačné protokoly zahŕňajú HART, Modbus a Profibus.
Princípy činnosti prevodníka tlaku
Vezmime si ako príklad snímač tlaku na ilustráciu princípov činnosti procesného vysielača. Tlakové vysielače sú široko používané v priemyselných odvetviach, ako je ropa a plyn, chemický priemysel a výroba energie na meranie tlaku kvapalín a plynov.
Snímací prvok
Ako už bolo spomenuté, existuje niekoľko typov snímacích prvkov používaných vo vysielačoch tlaku. Jedným z najbežnejších typov je tenzometer. Tenzometer je tenký drôt alebo fólia, ktorá pri mechanickom namáhaní mení svoj elektrický odpor. Pri pôsobení tlaku na snímací prvok dochádza k deformácii, ktorá následne mení odpor tenzometra.
Ďalším typom snímacieho prvku je kapacitný snímač. Kapacitný snímač pozostáva z dvoch paralelných dosiek oddelených dielektrickým materiálom. Keď sa na snímací prvok pôsobí tlakom, spôsobí to zmenu vzdialenosti medzi doskami, čo následne zmení kapacitu snímača.
Kondicionovanie signálu
Keď snímací prvok prevedie tlak na elektrický signál, obvod úpravy signálu spracuje signál tak, aby vytvoril štandardizovaný výstupný signál. Obvod úpravy signálu zvyčajne obsahuje zosilňovač, filter a linearizátor.
Zosilňovač zvyšuje amplitúdu elektrického signálu na úroveň, ktorú možno ľahko merať a spracovať. Filter odstraňuje zo signálu akýkoľvek šum alebo rušenie, čím zabezpečuje, že výstupný signál je presný a spoľahlivý. Linearizátor koriguje akúkoľvek nelinearitu signálu a zabezpečuje, že výstupný signál je úmerný vstupnému tlaku.
Komunikácia
Potom, čo obvod na úpravu signálu spracuje elektrický signál, komunikačné rozhranie odošle výstupný signál do riadiaceho systému. Ako už bolo spomenuté, medzi bežné komunikačné protokoly patria HART, Modbus a Profibus.
Protokol HART je hybridný komunikačný protokol, ktorý umožňuje analógovú aj digitálnu komunikáciu cez rovnakú dvojvodičovú slučku. Protokol Modbus je sériový komunikačný protokol, ktorý je široko používaný v aplikáciách priemyselnej automatizácie. Protokol Profibus je protokol prevádzkovej zbernice, ktorý sa bežne používa v Európe.
Princípy činnosti snímača teploty
Snímače teploty sa používajú na meranie teploty kvapalín, plynov a pevných látok v rôznych priemyselných aplikáciách. Princíp činnosti snímača teploty je podobný ako u snímača tlaku, ale snímací prvok je odlišný.
Snímací prvok
Najbežnejším typom snímacieho prvku používaného v snímačoch teploty je termočlánok. Termočlánok pozostáva z dvoch rôznych kovov spojených na jednom konci. Keď sa spoj dvoch kovov zahrieva alebo ochladí, generuje sa napätie, ktoré je úmerné teplotnému rozdielu medzi spojom a druhým koncom termočlánku.
Ďalším typom snímacieho prvku používaného v snímačoch teploty je odporový teplotný detektor (RTD). RTD je drôt alebo film, ktorý mení svoj elektrický odpor, keď je vystavený zmene teploty. Odpor RTD je zvyčajne úmerný teplote a vzťah medzi odporom a teplotou je známy ako teplotný koeficient odporu (TCR).
Kondicionovanie signálu
Keď snímací prvok prevedie teplotu na elektrický signál, obvod na úpravu signálu spracuje signál tak, aby vytvoril štandardizovaný výstupný signál. Obvod úpravy signálu zvyčajne obsahuje zosilňovač, filter a linearizátor.
Zosilňovač zvyšuje amplitúdu elektrického signálu na úroveň, ktorú možno ľahko merať a spracovať. Filter odstraňuje zo signálu akýkoľvek šum alebo rušenie, čím zabezpečuje, že výstupný signál je presný a spoľahlivý. Linearizátor koriguje akúkoľvek nelinearitu signálu a zabezpečuje, že výstupný signál je úmerný vstupnej teplote.
Komunikácia
Potom, čo obvod na úpravu signálu spracuje elektrický signál, komunikačné rozhranie odošle výstupný signál do riadiaceho systému. Ako už bolo spomenuté, bežné komunikačné protokoly zahŕňajú HART, Modbus a Profibus.
Princípy činnosti prevodníka prietoku
Prevodníky prietoku sa používajú na meranie prietoku kvapalín a plynov v rôznych priemyselných aplikáciách. K dispozícii je niekoľko typov vysielačov prietoku, z ktorých každý je založený na inom princípe činnosti.
Prevodník prietoku diferenciálneho tlaku
Jedným z najbežnejších typov snímačov prietoku je snímač prietoku diferenciálneho tlaku. Diferenčný tlakový prevodník prietoku meria prietok meraním tlakového rozdielu cez obmedzenie prietoku, ako je clona alebo Venturiho trubica.
Princíp činnosti snímača prietoku diferenciálneho tlaku je založený na Bernoulliho rovnici, ktorá hovorí, že tlak tekutiny klesá so zvyšovaním jej rýchlosti. Keď tekutina preteká cez obmedzenie prietoku, jej rýchlosť sa zvyšuje a tlak klesá. Diferenčný tlak cez obmedzenie prietoku je úmerný druhej mocnine prietoku.
Diferenčný tlak sa meria snímačom diferenčného tlaku, ktorým je typicky kapacitný alebo tenzometrický snímač. Výstupný signál zo snímača rozdielu tlaku je potom spracovaný obvodom na úpravu signálu, aby sa vytvoril štandardizovaný výstupný signál, ktorý je úmerný prietoku.
Ultrazvukový vysielač prietoku
Ďalším typom vysielača prietoku je ultrazvukový vysielač prietoku. Ultrazvukový vysielač prietoku meria rýchlosť prietoku meraním času, ktorý je potrebný na prechod ultrazvukového signálu proti prúdu a po prúde cez kvapalinu.
Princíp činnosti ultrazvukového vysielača prietoku je založený na Dopplerovom jave alebo na princípe doby prechodu. Pri metóde Dopplerovho efektu sa ultrazvukový signál odráža od častíc alebo bublín v tekutine a meria sa frekvenčný posun odrazeného signálu na určenie prietoku. V metóde princípu doby prechodu sa ultrazvukový signál prenáša proti prúdu a po prúde cez tekutinu a na určenie prietoku sa meria rozdiel v čase prechodu signálu.
Výstupný signál z ultrazvukového snímača prietoku je potom spracovaný obvodom na úpravu signálu, aby sa vytvoril štandardizovaný výstupný signál, ktorý je úmerný prietoku.
Princípy činnosti snímača hladiny
Snímače hladiny sa používajú na meranie hladiny kvapalín a pevných látok v nádržiach, nádobách a silách. K dispozícii je niekoľko typov hladinových vysielačov, pričom každý je založený na inom princípe činnosti.
Vysielač úrovne tlaku
Jedným z najbežnejších typov snímačov hladiny je snímač hladiny tlaku. Snímač hladiny tlaku meria hladinu kvapaliny meraním tlaku na dne nádrže alebo nádoby.
Princíp činnosti snímača hladiny tlaku je založený na rovnici hydrostatického tlaku, ktorá hovorí, že tlak na dne stĺpca kvapaliny je úmerný výške stĺpca kvapaliny a hustote kvapaliny. Tlak sa meria tlakovým snímačom, ktorým je typicky kapacitný alebo tenzometrický snímač.
Výstupný signál zo snímača tlaku je potom spracovaný obvodom na úpravu signálu, aby sa vytvoril štandardizovaný výstupný signál, ktorý je úmerný hladine kvapaliny.
Ultrazvukový vysielač hladiny
Ďalším typom hladinového vysielača je ultrazvukový hladinový vysielač. Ultrazvukový snímač hladiny meria hladinu kvapaliny alebo pevnej látky meraním času, ktorý potrebuje ultrazvukový signál na prechod od snímača k povrchu kvapaliny alebo pevnej látky a späť.
Princíp činnosti ultrazvukového hladinového vysielača je založený na princípe doby letu. Ultrazvukový signál je prenášaný zo snímača na povrch kvapaliny alebo pevnej látky a odrazený signál je prijímaný snímačom. Meria sa čas, za ktorý signál prejde na povrch a späť, a vzdialenosť k povrchu sa vypočíta na základe rýchlosti zvuku v médiu.
Výstupný signál z ultrazvukového snímača hladiny je potom spracovaný obvodom na úpravu signálu, aby sa vytvoril štandardizovaný výstupný signál, ktorý je úmerný hladine kvapaliny alebo pevnej látky.
Záver
Na záver, procesné prevodníky sú základnými nástrojmi v rôznych priemyselných aplikáciách, ktoré poskytujú presné a spoľahlivé merania procesných premenných, ako je tlak, teplota, prietok a hladina. Po pochopení princípov fungovania týchto zariadení môžu inžinieri a technici vybrať správny vysielač pre ich aplikáciu a zabezpečiť jeho správnu inštaláciu a prevádzku.
Ako popredný dodávateľ procesných vysielačov ponúkame širokú škálu vysokokvalitných vysielačov, vrátaneKovový kapacitný prevodník diferenciálneho tlakuaPrevodník absolútneho/merného tlaku. Naše vysielače sú navrhnuté tak, aby spĺňali najnáročnejšie priemyselné požiadavky a sú podporené naším záväzkom ku kvalite a zákazníckemu servisu.
Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich procesných prevodníkoch alebo by ste chceli prediskutovať svoje špecifické požiadavky na aplikáciu, kontaktujte nás. Náš tím odborníkov vám rád pomôže pri výbere správneho vysielača pre vaše potreby a poskytne vám podporu a služby, ktoré si zaslúžite.
Referencie
- Procesná prístrojová technika, Bela G. Liptak
- Industrial Instrumentation and Control Handbook, Thomas G. Beckwith, Roy D. Marangoni a John H. Lienhard
- Instrumentation, Measurement, and Analysis, Jack D. Douglas a Donald M. Montgomery
