เครื่องส่งสัญญาณความดันคืออะไร? หลักการทำงาน ประเภท และคู่มือการซื้อ

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันเป็นส่วนหนึ่งที่ไม่มีใครนึกถึงจนกว่าจะเกิดความล้มเหลวในช่วงเวลาที่เลวร้ายที่สุด โดยจะวางอยู่บนข้อต่อท่ออย่างเงียบๆ ป้อนตัวเลขเข้าไปในแผงควบคุม และทำงานได้หลายปี - จนกระทั่งการสอบเทียบที่ไม่ถูกต้องหรือไดอะแฟรมที่สึกกร่อนส่งผลให้กระบวนการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้ หากคุณกำลังระบุราคาสำหรับบิลด์ใหม่ เปลี่ยนหน่วยที่ล้มเหลว หรือเพียงพยายามหาสาเหตุที่ราคาที่คุณได้รับมีตั้งแต่ 80 ถึง 600 ดอลลาร์สำหรับอุปกรณ์ที่ดูเหมือนอุปกรณ์เดียวกัน คู่มือนี้มีไว้เพื่อตอบคำถามที่เกิดขึ้นจริงในระหว่างกระบวนการนั้น

เครื่องส่งสัญญาณความดันคืออะไรกันแน่?

A เครื่องส่งสัญญาณความดันวัดความดันของของเหลว ก๊าซ หรือไอน้ำ และเปลี่ยนการอ่านให้เป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐาน - โดยทั่วไปคือ 4-20mA, 0-10V หรือโปรโตคอลดิจิทัล เช่น HART หรือ Modbus ที่ระบบ PLC, DCS หรือ SCADA สามารถอ่านได้โดยตรง สัญญาณคือสิ่งที่ทำให้มันเป็น "ตัวส่งสัญญาณ" แทนที่จะเป็นเพียงเซนเซอร์ โดยได้รับการออกแบบมาให้เคลื่อนที่ไปตามสายเคเบิล ซึ่งบางครั้งก็เป็นระยะทางหลายร้อยเมตร โดยไม่ทำให้คุณภาพลดลง

เครื่องส่งสัญญาณความดันกับทรานสดิวเซอร์กับเกจ

ผู้คนใช้คำทั้งสามนี้อย่างหลวมๆ และใน RFQ ที่อาจทำให้เกิดความสับสนอย่างแท้จริง

เกจ์วัดแรงดัน: กลไกทั้งหมด อ่านเฉพาะหน้าปัดท้องถิ่นเท่านั้น ไม่มีสัญญาณไฟฟ้า
ตัวแปลงสัญญาณแรงดัน: แปลงความดันให้เป็นค่าทางไฟฟ้า แต่โดยปกติแล้วจะเป็นสัญญาณดิบระดับต่ำ- (มิลลิโวลต์) ที่ยังต้องการการขยายสัญญาณจากภายนอก
เครื่องส่งสัญญาณความดัน: มีการขยายสัญญาณและการปรับสัญญาณในตัว ดังนั้นจึงเอาต์พุตสัญญาณที่สะอาด-พร้อม-ใช้ - โดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมในส่วนของลูกค้า

หากระบบควบคุมของคุณจำเป็นต้องบันทึกหรือตอบสนองต่อการอ่าน คุณจะต้องการเครื่องส่ง หากใครต้องการดูตัวเลขบนแผง เกจจะมีราคาถูกและง่ายกว่า

Coplanar Pressure Transmitter

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันทำงานอย่างไร

ขจัดศัพท์เฉพาะด้านการสร้างแบรนด์และเอกสารข้อมูลออกไป และเครื่องส่งสัญญาณความดันทุกตัวก็ทำสามสิ่งเดียวกัน นั่นคือ การตรวจจับการเสียรูปทางกายภาพเล็กๆ น้อยๆ การแปลงการเสียรูปนั้นเป็นค่าทางไฟฟ้า และการทำความสะอาดค่านั้นเป็นสัญญาณที่ใช้งานได้

ขั้นตอนการตรวจจับ

แรงดันในกระบวนการผลิตจะดันไปที่ไดอะแฟรม ซึ่งโดยปกติจะผ่านทางตัวแยกน้ำมัน-ที่จะป้องกันไม่ให้ของเหลวในกระบวนการสัมผัสกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไดอะแฟรมนั้นจะโค้งงอ - บ่อยครั้งเพียงเศษเสี้ยวของมิลลิเมตร - และองค์ประกอบการตรวจจับจะรับการโค้งงอนั้นเป็นการเปลี่ยนแปลงของความต้านทาน ความจุไฟฟ้า หรือความถี่เรโซแนนซ์ ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเซ็นเซอร์

ขั้นตอนการปรับสภาพ

ผลลัพธ์ดิบจากเซ็นเซอร์อ่อน ไม่เป็น-เชิงเส้น และไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิด้วยตัวมันเอง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในจะขยายเสียง แก้ไขการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิ สร้างเส้นตรงของเส้นโค้ง และส่งสัญญาณมาตรฐานออกมา นี่เป็นจุดที่ราคาส่วนใหญ่ระหว่างเครื่องส่งสัญญาณ $90 และเครื่องส่งสัญญาณ $400 จริงๆ แล้วมีชีวิตอยู่ - ไม่ใช่ในตัวเซ็นเซอร์ แต่อยู่ที่ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะชดเชยอุณหภูมิและการเบี่ยงเบนในระยะยาว-ได้ดีเพียงใด

เหตุใด 4-20mA จึงกลายเป็นค่าเริ่มต้น

เครื่องส่งสัญญาณที่อ่านค่า 0 บาร์เอาต์พุต 4mA ไม่ใช่ 0mA นั่นเป็นการจงใจ หากกระแสลูปลดลงเหลือศูนย์ ระบบควบคุมจะทราบทันทีว่ามีสายไฟขาดหรือเครื่องส่งสัญญาณไม่ทำงาน แทนที่จะเข้าใจผิดว่าเป็นสภาวะแรงดันเป็นศูนย์ของแท้- เป็นตัวเลือกการออกแบบขนาดเล็ก แต่เป็นเหตุผลที่ 4-20mA ติดอยู่ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมมานานหลายทศวรรษ แม้ว่าจะมีทางเลือกดิจิทัลที่ใหม่กว่าก็ตาม

ตัวอย่างด่วน

นำเครื่องส่งสัญญาณพิกัด 0-16 บาร์ไปไว้บนท่อระบายของปั๊ม ขณะนิ่ง ความดันอยู่ที่ 0 บาร์ และลูปอ่านค่าได้ 4mA เมื่อปั๊มทำงานและแรงดันในท่อเพิ่มขึ้นถึง 8 บาร์ - ครึ่งหนึ่งของช่วงพิกัด - สัญญาณจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนเป็น 12mA ที่ความดันเต็มสเกลของเครื่องส่งสัญญาณที่ 16 บาร์ ลูปจะสูงถึง 20mA PLC จะแปลงกระแสไฟฟ้ากลับเป็นบาร์หรือ psi และสามารถส่งสัญญาณเตือนทันทีที่เกินเกณฑ์ที่ตั้งไว้

เทคโนโลยีการตรวจจับหลัก

Piezoresistive (สเตรนเกจ)

การทำงานของอุตสาหกรรม สเตรนเกจจะติดหรือกระจายบนไดอะแฟรมซิลิคอนหรือโลหะในรูปแบบสะพานวีทสโตน การงอไดอะแฟรมจะเปลี่ยนความต้านทานของเกจและทำให้บริดจ์ไม่สมดุล ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับแรงดัน มีราคาไม่แพง มีความทนทานทางกล และครอบคลุมช่วงกว้าง - ตั้งแต่ไม่กี่มิลลิบาร์ไปจนถึงหลายพันบาร์ - ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงปรากฏอยู่ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมทั่วไปส่วนใหญ่

ตัวเก็บประจุ

ไดอะแฟรมจะสร้างแผ่นตัวเก็บประจุหนึ่งแผ่น โดยแรงดันจะเปลี่ยนช่องว่างไปเป็นแผ่นอ้างอิงคงที่ เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟเป็นที่ทราบกันว่าสามารถคงการสอบเทียบไว้ได้ดีเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะปรากฏขึ้นในการใช้งานที่การดริฟท์มีค่าใช้จ่ายสูงในการแก้ไขการวัดการไหลของแรงดันดิฟเฟอเรนเชียล - และระดับถังเป็นสองสิ่งที่พบบ่อยที่สุด

ซิลิคอนเรโซแนนซ์

องค์ประกอบซิลิคอนที่กลึงระดับไมโคร-จะสั่นที่ความถี่ที่ตั้งไว้ และแรงกดที่ใช้จะเปลี่ยนความถี่นั้นในลักษณะที่สามารถวัดได้ด้วยความแม่นยำสูงมาก เครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้มีราคาสูงกว่า แต่เป็นทางเลือกเมื่อแอปพลิเคชันไม่สามารถทนต่อการวัดการถ่ายโอนการควบคุมแบบลอยตัว - ได้อย่างแท้จริง เช่น เมื่อข้อผิดพลาดในการวัดเล็กน้อยแปลงเป็นเงินโดยตรง

เพียโซอิเล็กทริก (แรงดันไดนามิกเท่านั้น)

ส่วนประกอบเพียโซอิเล็กทริกจะสร้างประจุภายใต้ความเครียด แต่ประจุนั้นจะหายไปเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นจึงไม่สามารถอ่านค่าคงที่ได้อย่างคงที่ ไม่ได้ใช้สำหรับการตรวจสอบกระบวนการในชีวิตประจำวัน - สร้างขึ้นเพื่อบันทึกเหตุการณ์แรงกดดันที่รวดเร็ว เช่น การเผาไหม้ที่เพิ่มขึ้นหรือแรงกระแทกของไฮดรอลิก ซึ่งความเร็วในการตอบสนองมีความสำคัญมากกว่าความแม่นยำคงที่

ตัวอย่างภาคสนามที่ควรรู้

สายการบรรจุหีบห่อที่ใช้ CIP (สะอาด-ใน-ลูป) ประสบปัญหาการแจ้งเตือนแรงดันเป็นระยะๆ ซึ่งไม่ตรงกับสิ่งที่ผู้ปฏิบัติงานเห็นบนเกจเชิงกลถัดจากเครื่องส่งสัญญาณ ตัวส่งสัญญาณผ่านการทดสอบอย่างดีบนม้านั่งสำรอง สาเหตุที่แท้จริงคืออากาศติดอยู่ในเส้นอิมพัลส์ที่ป้อนเซ็นเซอร์ - ซึ่งเป็นปัญหาที่พบบ่อยและน่าเบื่อซึ่งมักเข้าใจผิดว่าเป็นอุปกรณ์ที่มีข้อบกพร่องบ่อยกว่าที่ควรจะเป็น เมื่อสายเลือดออกและเติมใหม่ ค่าที่อ่านได้ตรงกันและเสียงเตือนจะหยุดลง เป็นการเตือนใจว่าเครื่องส่งสัญญาณจะมีความแม่นยำพอๆ กับการติดตั้งเท่านั้น เซ็นเซอร์แทบจะไม่สมควรถูกตำหนิเลย

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญจริง ๆ เมื่อเปรียบเทียบราคา

เครื่องส่งสัญญาณสองตัวอาจดูเกือบเหมือนกันบนกระดาษและยังคงทำงานแตกต่างกันมากเมื่อติดตั้งแล้ว ก่อนที่จะลงนามในใบสั่งซื้อ ให้ตรวจสอบ:

ความแม่นยำ- กำหนดเป็นเปอร์เซ็นต์ของเต็มสเกล (±0.1% FS, ±0.25% FS ฯลฯ) การซื้อความถูกต้องแม่นยำเกินกว่าที่กระบวนการต้องการจะส่งผลให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นโดยไม่เกิดประโยชน์ใดๆ
ช่วงและระดับแรงดันเกิน- ความกดดันในการทำงานของคุณควรนั่งสบายในช่วงที่กำหนด โดยมีระยะขอบเพียงพอที่จะอยู่รอดได้ในบางครั้ง
สัญญาณเอาท์พุต- 4-20mA ยังคงเป็นค่าเริ่มต้น HART, Modbus RTU หรือ Profibus PA คุ้มค่ากับค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม หากคุณต้องการการวินิจฉัยในตัว-
วัสดุเปียก- 316เหล็กกล้าไร้สนิม L ครอบคลุมการใช้งานทั่วไปส่วนใหญ่ สื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือมีความบริสุทธิ์สูง-อาจต้องใช้ฮาสเตลลอย โมเนล หรือแทนทาลัม
การเชื่อมต่อกระบวนการ- ประเภทและขนาดของเกลียวต้องตรงกับข้อต่อที่มีอยู่ทุกประการ นี่เป็นข้อผิดพลาดในการสั่งซื้อที่พบบ่อยที่สุด
การป้องกันทางเข้าและการจำแนกพื้นที่- IP65/IP67 สำหรับการตั้งค่าทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่; ATEX, IECEx หรือระดับความปลอดภัยภายในสำหรับโซนอันตราย

ที่ที่ผู้ซื้อมักจะสะดุด

ข้อผิดพลาดที่ใหญ่ที่สุดไม่ใช่การเลือกเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ที่ไม่ถูกต้อง - แต่เป็นการเปรียบเทียบราคาโดยไม่ได้ตรวจสอบว่าหน่วยเป็นแอปเปิ้ลจริงๆ-ถึง-แอปเปิ้ลหรือไม่ เครื่องส่งสัญญาณที่เสนอราคาเพียงเศษเสี้ยวของราคาของคู่แข่งมักจะขาดบางสิ่งบางอย่างไป เช่น ไม่มีใบรับรองการสอบเทียบ ไม่มีการชดเชยอุณหภูมิตลอดช่วงทั้งหมด หรือวัสดุเปียกที่ไม่สามารถต้านทานของเหลวในกระบวนการจริงได้ ช่องว่างนั้นมักจะไม่ปรากฏขึ้นจนกว่าจะให้บริการเป็นเวลาหลายเดือน ซึ่งชี้ว่าต้นทุนของความล้มเหลวและการแลกเปลี่ยนทดแทนมีมากกว่าสิ่งใดก็ตามที่บันทึกไว้ในคำสั่งซื้อดั้งเดิม

คุ้มค่าที่จะขอใบรับรองการสอบเทียบโดยตรง (ISO 17025 หรือความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับที่เทียบเท่า) ช่วงการชดเชยอุณหภูมิตามจริง - ไม่ใช่เพียงช่วงการทำงาน - และการยืนยันความเข้ากันได้ของวัสดุเปียกกับสื่อเฉพาะของคุณ ไม่ใช่แค่แผนภูมิความต้านทานสารเคมีทั่วไป

การใช้งานทั่วไป

น้ำและการบำบัดน้ำเสีย - การควบคุมปั๊ม ระดับถังผ่านแรงดันอุทกสถิต
การตรวจสอบท่อส่งน้ำมัน ก๊าซ และปิโตรเคมี - การควบคุมกระบวนการผลิตและโรงกลั่น
HVAC และระบบอัตโนมัติในอาคาร - แรงดันเครื่องทำความเย็น แรงดันคงที่ของท่อ
อาหารและเครื่องดื่ม - เครื่องส่งที่ถูกสุขอนามัยสำหรับระบบ CIP และภาชนะในกระบวนการผลิต
อุปกรณ์เคลื่อนที่ไฮดรอลิกและนิวแมติกส์ - แท่นทดสอบ การฉีดขึ้นรูป
การผลิตไฟฟ้า - แรงดันน้ำป้อนของหม้อไอน้ำและแรงดันส่วนหัวของไอน้ำ

นิสัยการติดตั้งที่ควรค่าแก่การยอมรับ

ไล่ลม Impulse Line ก่อนเริ่มเดินเครื่อง เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้อากาศที่ติดอยู่ส่งผลต่อการอ่านค่าแรงดันของเหลว
-ตรวจสอบการวางแนวการติดตั้งบนหน่วยแรงดันต่าง ๆ - ซ้ำอีกครั้ง ซึ่งส่งผลต่อออฟเซ็ต
จับคู่วัสดุซีลและปะเก็นกับของเหลวในกระบวนการผลิต ไม่ใช่แค่กับของที่มีอยู่แล้วบนชั้นวางเท่านั้น
ปรับเทียบใหม่ตามกำหนดเวลาแทนที่จะรอให้ค่าที่อ่านดูเหมือน "ปิด"
อย่าปล่อยให้ภาวะชั่วคราวในการสตาร์ทเกินขีดจำกัดแรงดันเกินที่กำหนด แม้แต่ความเสียหายของไดอะแฟรม - สั้นๆ จากการขัดขวางก็มักจะเกิดขึ้นอย่างถาวร แม้ว่าการทำงานปกติจะยังคงอยู่ในระยะที่ดี

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องส่งสัญญาณความดันสามารถวัดสุญญากาศได้หรือไม่

ใช่ หากได้รับการจัดอันดับสำหรับช่วงสารประกอบที่มีแรงดันลบ - ประมาณ -1 ถึง 5 บาร์ ไม่ใช่ทุกรุ่นที่รองรับสิ่งนี้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องได้รับการยืนยันในเอกสารข้อมูลก่อนสั่งซื้อ

เครื่องส่งสัญญาณความดันควรได้รับการสอบเทียบใหม่บ่อยแค่ไหน?

ทุกปีเป็นบรรทัดฐานทั่วไปสำหรับลูปทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ แม้ว่าแอปพลิเคชัน-การโอนย้ายที่สำคัญหรืออยู่ในการดูแล{1}}ด้านความปลอดภัยอาจต้องใช้ระยะเวลาที่สั้นกว่า บางครั้งประเภทเซ็นเซอร์ที่มีความเสถียรสูง-อาจขยายช่วงเวลาดังกล่าวออกไปได้ แต่ควรได้รับการตรวจสอบเทียบกับกระบวนการเฉพาะและข้อกำหนดด้านกฎระเบียบใดๆ โดยไม่ถือว่าเกิดขึ้น

เครื่องส่งสัญญาณเกจ สัมบูรณ์ และดิฟเฟอเรนเชียลต่างกันอย่างไร

ความดันเกจวัดโดยสัมพันธ์กับความดันบรรยากาศ และเป็นชนิดที่ใช้บ่อยที่สุดในการใช้งานทั่วไป ความดันสัมบูรณ์วัดโดยสัมพันธ์กับสุญญากาศเต็ม ความดันแตกต่างจะวัดความแตกต่างระหว่างจุดสองจุดที่แยกจากกัน และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวัดการไหลและระดับถังไฮโดรสแตติก

ราคาที่สูงกว่าหมายถึงความแม่นยำที่ดีขึ้นเสมอไปหรือไม่?

ไม่ ราคาสะท้อนถึงการรับรอง คุณภาพการสร้าง แบรนด์ และระยะเวลารอคอยสินค้าพอๆ กับที่สะท้อนถึงความถูกต้องแม่นยำ เป็นไปได้โดยสิ้นเชิงสำหรับ-เครื่องส่งสัญญาณราคากลางที่จะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องส่งสัญญาณที่มีแบรนด์ระดับพรีเมียม-บน-ความเสถียรของโลกที่แท้จริง - ตัวเลขความแม่นยำของเอกสารข้อมูลเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีกว่าป้ายราคา

ความคิดสุดท้าย

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันเป็นฮาร์ดแวร์ชิ้นเล็กๆ ที่ทำงานโดยอาศัยลูปควบคุมหรือระบบล็อคเพื่อความปลอดภัยอย่างเงียบๆ การทำความเข้าใจกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริงภายใน - องค์ประกอบการตรวจจับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการปรับสภาพ เอาต์พุตมาตรฐาน - ช่วยให้อ่านแผ่นข้อมูลอย่างมีวิจารณญาณได้ง่ายขึ้นมากและถามคำถามที่ดีกว่าก่อนที่ใบสั่งซื้อจะหมด แทนที่จะเลือกตามราคาเพียงอย่างเดียว เมื่อมีข้อสงสัย การส่งสื่อสำหรับกระบวนการ ช่วงความดัน และการรับรองที่จำเป็นไปยังซัพพลายเออร์มักจะเพียงพอที่จะรับคำแนะนำเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมโดยไม่ต้องเสียเวลา-และ-ไปมามากนัก

อ้างอิง

สมาคมอัตโนมัติระหว่างประเทศ (ISA) -คำศัพท์เกี่ยวกับเครื่องมือวัดกระบวนการ, มอก.-51.1
สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) - พื้นฐานการวัดความดัน nist.gov
ATEX Directive 2014/34/EU - อุปกรณ์สำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่อาจเกิดการระเบิด
IEC 60529 - องศาการป้องกันที่ได้รับจากกล่องหุ้ม (รหัส IP)
ISO/IEC 17025 - ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับความสามารถของห้องปฏิบัติการทดสอบและสอบเทียบ