Złożone instalacje bardzo często nie są w stanie funkcjonować samodzielnie. Do swojego poprawnego działania, a w wielu wypadkach działania w ogóle potrzebują dodatkowych elementów, które praktycznie nie zwiększają ich rozmiarów. Jednym z kluczowych jest przetwornik ciśnienia. Co sprawia, że jest tak istotny? Jak sprawdzić przetwornik ciśnienia? O tym przeczytasz poniżej.
Gdzie spotkasz się z przetwornikiem ciśnienia?
Przetwornik ciśnienia znalazł swoje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, opierających się na przepływie płynów. Wśród nich warto wymienić np. przemysł farmaceutyczny, spożywczy, energetyczny i inżynierię chłodnictwa. Polegają na nim wszelakie układy pompowe (w tym systemy wielopompowe). Znajdzie się zatem wszędzie tam, gdzie zainstalowane są układy nawadniające lub zraszające, służące do zwiększania ciśnienia, przeciwpożarowe, układy zasilające kotły albo uzdatniające wodę. Ze względu na szeroką tolerancję przetwornika na warunki zewnętrzne (np. model Danfoss MBS 1700 może pracować w otoczeniu lub medium, w zakresie temperatur -40÷85 °C), służy on równie dobrze w wodzie, jak i w obliczu innych płynów: olejów, gazów, par, a nawet – cieczy agresywnych.
Przetwornik ciśnienia a czujnik
Tego mieszczącego się w dłoni przyrządu nie należy mylić z czujnikiem ciśnienia. Czujnik bowiem ma za zadanie wykryć zmianę ciśnienia i, przy zadanej wartości, dokonać przełączenia styku kontaktu – załączyć lub rozłączyć. Przetwornik natomiast jest nieco bardziej zaawansowany i poza zdolnością monitorowania ciśnienia posiada dodatkowo umiejętność ciągłego konwertowania jej na sygnał elektryczny (analogowy lub cyfrowy). Dzięki temu w wielu zastosowaniach jest zdecydowanie bardziej użyteczny, choć oczywiście jednocześnie odrobinę bardziej podatny na uszkodzenia ze względu na komplikację układu. Pojawia się zatem potrzeba posiadania wiedzy, jak sprawdzić przetwornik ciśnienia.
Przetwornik ciśnienia – jak działa?
Aby móc stwierdzić, że coś nie działa, należy najpierw wiedzieć jak działa i porównać działanie prawidłowe z zastanym. Taka praktyka nie tylko poszerzy horyzonty przez zdobywanie wiedzy, ale przede wszystkim pozwoli uniknąć niemądrych wpadek, takich jak odesłanie zupełnie sprawnego produktu do serwisu, oszczędzając w ten sposób zarówno pieniądze, jak i czas.
Stojąca za przetwornikiem fizyka i inżynieria
A zatem stoimy w obliczu urządzenia, które w jakiś sposób dokonuje pomiaru ciśnienia, po czym jest zdolne przekazać do odbiornika proporcjonalny do niego sygnał elektryczny. Rozbijmy tę czarną skrzynkę na mniejsze elementy, aby lepiej zrozumieć zachodzące w niej procesy.
1. Prawo Ohma
Na początek powtórka z teorii. Na potrzeby prowadzonych rozważań obowiązywać będzie prawo Ohma, które zapisane prezentuje się tak: I = U/R lub w postaci słownej – natężenie prądu (I) płynącego przez dany obwód elektryczny oraz napięcie (U) na końcach tegoż obwodu wiąże relacja proporcjonalności, w której pojawia się współczynnik proporcjonalności (R), nazywany oporem elektrycznym tudzież rezystancją. Prawo Ohma jest prawem doświadczalnym i funkcjonuje w nieco odmienny sposób w zależności od konkretnej sytuacji (np. prąd stały czy zmiennY), ponadto istnieją układy nieliniowe, tj. takie w których niezupełnie obowiązuje, jednak do zrozumienia działania przetwornika ciśnienia ta podstawowa wiedza ze szkoły średniej wystarczy.
2. Pętla prądowa
Prawo Ohma mówi o obwodach, jednak – nie mamy jeszcze żadnego obwodu. Wyobraź sobie zatem pętlę prądową. Źródło napięcia o odpowiedniej wartości oraz szeregowo załączony element, którym będzie, rzecz jasna – przetwornik ciśnienia. Dlaczego tak właśnie powinien wyglądać ten obwód? Źródło generuje napięcie na końcach przewodu, zatem, zgodnie z punktem (1), spodziewać się można przepływu prądu. Przetwornik natomiast służy za opornik elektryczny, wyznaczający natężenie tego prądu – tę wielkość natomiast da się zmierzyć, wpinając w obwód miliamperomierz. Pomiar może odbyć się w dowolnym punkcie układu – natężenie prądu, tak jak np. ciśnienie wody wypełniającej rury na ich ścianki, jest identyczne na całej długości obwodu. Z dotychczasowego rozumowania jednak wynika, że odczytywana wartość jest stała, a to niezbyt użyteczny pomiar zmiany ciśnienia.
3. Kluczowy moment
A właściwie dwa, jednak pierwszy jest dość oczywisty – przetwornik ciśnienia, jeśli ma pokazać jakąś zmianę, musi być umieszczony w ośrodku o zmiennym ciśnieniu. Drugi natomiast związany jest ze sposobem, w jaki to czyni. I tu wykorzystana jest w sprytny sposób własność materiałów, których używa się do produkcji przetworników ciśnienia, polegająca na zmianie rezystancji podczas odkształcania. Taka zmiana moduluje stałą proporcjonalności w prawie Ohma. Ponieważ napięcie podawane przez źródło jest w pętli prądowej stałe, wielkością, która musi się zmienić, jest natężenie prądu. Elementem odkształcalnym jest wykorzystana w konstrukcji przetwornika membrana i to zmiana jej oporu umożliwia jego działanie.
4. Odbiornik
Cały ten pomiar nie na wiele by się jednak przydał, gdyby uzyskana informacja o natężeniu prądu była jedyną jego konsekwencją. Układy elektroniczne buduje się po to, aby zrobiły coś same. A zatem pojawić się musi jakiś odbiornik sygnału podawanego przez przetwornik ciśnienia, który zadba o odpowiednie jego wykorzystanie, to znaczy odczytanie go i przeliczenie na jednostki ciśnienia. Ponieważ często odbiorniki potrafią mierzyć nie natężenie prądu, ale napięcie elektryczne, do obwodu wstawiany jest dodatkowy opornik, na którym następuje pomiar. Kompilacja obliczeniowa z tego tytułu wynikająca nie stanowi problemu, a zyskujemy możliwość zastosowania kolejnych urządzeń, np. sterownika PLC.
Techniczny aspekt zagadnienia
Powoli zmierzamy zatem ku clou, potrzebujemy jednak jeszcze rozeznać się w dostępnych parametrach przetwornika ciśnienia – na jego obudowie wypisane jest kilka wielkości. Pierwszą z nich jest obsługiwany zakres ciśnień. Po jego przekroczeniu wartość nie będzie się zmieniać (jedynie jej niepewność wzrośnie), aż do ciśnienia granicznego, gdzie można spodziewać się uszkodzenia urządzenia. Drugą jest sygnał wyjściowy – spodziewana odpowiedź prądowa układu znajdzie się w tym przedziale. Następnie pojawia się zakres napięć, przy jakich przetwornik będzie funkcjonował, a na końcu rodzaj przyłącza.
Jak sprawdzić przetwornik ciśnienia? Podstawowe kroki
Pierwszym i najważniejszym testem, gdy chcesz sprawdzić, czy posiadany przez Ciebie przetwornik ciśnienia działa, jest ogarnięcie wzrokiem samego układu. Urządzenie nie będzie działało (w każdym razie poprawnie) jeśli zapomnisz np. otworzyć zawory doprowadzające ciśnienie. Przed próbą warto również upewnić się, że dobrane zasilanie mieści się w zakresie podanym na obudowie i jest odpowiedniego rodzaju (standard to 24 VDC – 24 V prądu stałego), a polaryzacja połączenia jest prawidłowa (również znajduje się na obudowie). Jeśli wszystko jest w porządku, przystąp do testu.
Zasadniczy test przetwornika
Na czym polega test? Na podaniu na przetwornik granicznych wartości ciśnienia przy jednoczesnym odczycie sygnału wyjścia. Przykładowo, jeśli górna granica zakresu dozwolonych ciśnień to 10 bar, a sygnału wyjścia 20 mA, taką właśnie wartość powinieneś odczytać na miliamperomierzu przy dziesięciu barach zadanego ciśnienia. I odwrotnie – dla dolnej granicy, najczęściej będącej ciśnieniem 0 bar, odczyt powinien być równy dolnej granicy zakresu sygnału wyjścia – w podanym standardzie będzie to 4 mA. Dlaczego nie 0 mA? To wygodna sztuczka, bowiem 0 mA będzie wskazywało na problem – brak podpięcia, ciągłości na przewodzie lub uszkodzenia przetwornika.
Jak sprawdzić przetwornik ciśnienia?
Jakie mogą być przyczyny nieprawidłowych wskazań podczas testu? Jeśli przyrząd jest względnie nowy i używasz go od niedawna, odpowiedz sobie sam. Nieprawidłowy sygnał punktu zerowego może wskazywać na temperaturę pracy spoza dozwolonego przez producenta zakresu, ale też na przekroczenie górnej granicy zakresu ciśnień. Pływający, zmienny sygnał mimo stałości ciśnienia sugeruje obecność elektroniki zakłócającej w pobliżu, nie wadę przetwornika. Słabnący zakres sygnału natomiast może wynikać z uszkodzenia membrany (spowodowany np. przez ciecz żrącą) – w tej sytuacji prawdopodobnie trzeba będzie wymienić sprzęt na nowy.