Przetworniki, jak zapewne wiecie, to urządzenia, które zamieniają jedne wielkości fizyczne na inne. Przetwornikiem jest zwykły głośnik, który zamienia analogowy sygnał napięciowy na wibracje – czyli sygnał akustyczny. Przetworniki są szeroko stosowane w automatyce przemysłowej i budynkowej. Najczęściej pełnia funkcję czujników tam, gdzie istnieje potrzeba mierzenia i przetwarzania wartości nieelektrycznych. Wyobraźmy sobie układy kontroli temperatury, w których nie mamy możliwości pomiaru wartości tej temperatury. W codziennym życiu temperaturę mierzymy termometrem, który wskazuje na skali jej wartość, ale takiego sygnału nie wprowadzimy do systemu sterowania. Z pomocą przychodzą nam przetworniki, które w różny sposób zamieniają naszą przykładową temperaturę na zrozumiałą dla systemu komputerowego wartość elektryczną.
Zasada działania przetworników ciśnienia
Jeśli nie jesteś geniuszem to docenić musisz geniusz ludzi pracujących przed tobą. Pokolenia inżynierów wykorzystywały istniejące prawa fizyki do ułatwienia życia. Nie inaczej jest w przypadku działania przetworników np. ciśnienia. Do mierzenia ciśnienia wykorzystuje się fakt, że przewodniki i półprzewodniki zmieniają swoją oporność podczas zmiany kształtu. Kiedy ciśnienie działa na membranę połączoną z czujnikiem tensometrycznym i ją odkształca zmienia się jego rezystancja. Nieprawdopodobne, jak można połączyć pomiar ciśnienia z prawem fizyki dotyczącym zmiany oporności przewodników.
Jednak to nie wszystko. To wręcz początek. Co dalej? Dalej należy wykorzystać wiedzę o zmianie rezystancji tensometrów. Tutaj wkracza twierdzenie Ohma, które chyba każdy z Was powinien mieć ogarnięte. Ale jeśli nie to przypomnę. Mówi ono, że natężenie prądu w płynącego w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do oporu. Dobra, czyli wiemy, że do pomiaru ciśnienia przez nasz odkształcany przewodnik musi płynąć prąd elektryczny. Jeżeli płynie, to napięcie najczęściej zadajemy my, a znając napięcie płynącego prądu i oporność odkształconego przewodnika możemy obliczyć natężenie prądu. I w ten sposób dochodzimy do tego, że to właśnie pomiar natężenia wykorzystany będzie do pomiaru ciśnienia. Znowu z pomocą przychodzą nam prawa fizyki mówiące o tym, że w zamkniętej pętli natężenie prądu jest takie samo w każdym miejscu. Bingo!
Jeżeli chcesz wiedzieć jak zrobić taką pętlę prądową odsyłam Cię do artykułu Marcina z serii podstaw automatyki: Jak zrobić zadajnik pętli prądowej 4-20 mA. Tam też znajdziesz więcej wyjaśnień odnośnie pomiarów analogowych.
Dobór przetwornika
Wiemy jak działa przetwornik i jak długą drogę musi przejść informacja o ciśnieniu żeby móc znaleźć się w systemie sterowania. No i co teraz? Właściwie cała powyższa wiedza nie jest ci potrzebna. To znaczy warto wiedzieć, żeby nie być ignorantem. Żyjemy jednak we wspaniałych czasach, gdzie możemy czerpać z wynalazków nauki, bez ich rozumienia. Żeby poprawnie zastosować w swojej aplikacji przetwornik ciśnienia nie potrzebujesz wiedzy o tym, jak działa. Wystarczy ci kilka podstawowych informacji.
Po pierwsze, gdzie znaleźć jego dokumentację techniczna 😀
Jeżeli jeżeli już ją masz to otwórz, a zobaczysz tam:
- Minimalne ciśnienie – dolna granica pomiarowa przetwornika. Każdy przetwornik cechuje się jakimś zakresem pomiarowym, dla którego będzie wskazywał poprawne wartości ciśnienia.
- Maksymalne ciśnienie – górna granica możliwości pomiaru przetwornika. Znając wartości 1 i 2 w naszej aplikacji szukamy czujnika o takim zakresie pomiarowym.
- Sygnał wyjściowy. Istnieje kilka standardów przemysłowych do pomiaru sygnałów analogowych. Prądowy to 4 – 20 mA, 0 – 10 V i 0.5 – 4.5 V. Przy dobieraniu przetwornika ciśnienia należy wiedzieć jakie mamy w projekcie karty wejść analogowych (który standard obsługują) i jak napisany jest program przeliczający ten sygnał na ciśnienie. Standard 4 – 20 mA oznacza, że dla minimalnego ciśnienia (0 Bar) czujnik wystawi sygnał 4 mA, a dla maksymalnego (30 Bar) 20 mA. Dlaczego 4 mA, a nie 0? Otóż 0 mA pokaże się gdy czujnik będzie uszkodzony, lub nie podłączony do zasilania, albo stracimy po drodze ciągłość na którymś przewodzie.
- Zasilanie – rodzaj oraz wartość napięcia jakim będzie zasilany czujnik. Standard w przemyśle to 24 VDC, ale można znaleźć czujniki o różnych wymaganiach odnośnie zasilania.
- Rodzaj przyłącza – rodzaj gniazda przez które do przetwornika będzie dostawać się nasze ciśnienie.
Kierując się dokumentacją techniczną projektu bez problemu odnajdziesz w zasobach setek producentów czujnik ciśnienia idealnie spełniający twoje wymagania.
Przykład przetworników cisnienia
Przykładem przetworników ciśnienia mogą być nowe urządzenia Johnson Controls z serii P598 i P599. Producent przedstawia je jako najbardziej wytrzymałe przetworniki przeznaczone do użytku w systemach HVAC. Są to kompaktowe, ekonomiczne urządzenia wykonane ze stali nierdzewnej, przeznaczone do bezpośredniego montażu. Są odporne na warunki zewnętrzne np.: wahania temperatury i zapewniają zawsze dokładne odwzorowanie ciśnienia w postaci liniowego sygnału analogowego. Mogą mierzyć ciśnienie większości mediów używanych do chłodzenia i mrożenia m.in. kondensatów wody, dwutlenku węgla, glikolu czy amoniaku.
Przetworniki Johnson Controls występują w wielu różnych wersjach. Przede wszystkim podczas doboru należy zwrócić uwagę na zakres ciśnienia pomiarowego przetwornika. W drugiej kolejności na formę jaką przybiera sygnał wyjściowy. Johnson Controls oferuje przetworniki, które zamieniają wartość ciśnienia na sygnały: 0,5 – 4,5 VDC, 0 – 10 VDC, 4 – 20 mA. Oprócz tego ważnym aspektem jest rodzaj złączy dla zasilania i mierzonego medium. Jeżeli chodzi o złącza zasilania to stosowane są wtyczki Packard i złącza Hirschmann typu A i C. Natomiast złącza pomiarowe to 1/4 cala SAE 45°, albo G 3/8 cala.
Przetworniki Johnson Controls charakteryzuje:
- Wysoka wytrzymałość,
- Odporność na warunki zewnętrzne,
- Możliwość pomiaru ciśnienia różnego rodzaju mediów,
- Szeroka gama produktów.
Więcej o przetwornikach ciśnienia na Virtual Branch Johnson Controls.
Virtual Branch to baza wiedzy o produktach, usługach i technologiach Johnson Controls. Każdy może mieć dostęp do podstawowych informacji, jednak aby dostać się do Virtual Branch PRO niezbędne jest posiadanie loginu i hasła.
Aby uzyskać login i hasło, prosimy napisz wiadomość e-mail na adres: BE-EMEA-automatyka@jci.com
o treści: „Proszę o login i hasło do Virtual Branch PRO”
