Merilni pretvorniki s fiksnim in zamenljivim tipalom

V sodobni industriji je natančno merjenje fizikalnih količin ključnega pomena za zagotavljanje kakovosti, varnosti in učinkovitosti procesov ter s tem povezanih končnih izdelkov. Merilni pretvorniki igrajo osrednjo vlogo pri pretvarjanju teh fizikalnih količin v električne signale, ki jih je mogoče zlahka prenesti, analizirati in uporabiti v različnih sistemih nadzora, spremljanja in krmiljenja.

V sklopu širokega programa Rotronic, ki je del skupine Process Sensing Technologies PST, ponujamo merilne instrumente in povezane nadzorne rešitve (monitoring). Odlikuje jih enostavnost uporabe, potreba po malo vzdrževanja ter skladnost z zahtevami GAMP in FDA.

Portfelj – znan predvsem po merjenju temperature in spremljanju relativne vlažnosti – vključuje merilne pretvornike, industrijska tipala, senzorje vlažnosti, merilna tipala in zapisovalnike podatkov, ročne instrumente in OEM izdelke.

Najprej … kaj je merilni pretvornik?

Merilni pretvornik je naprava, ki se poveže s senzorjem, da pošlje signal drugam za namene regulacije, monitoringa in nadzora. Senzor je lahko kapacitivni, uporovni, elektrolitski ali termični. To pomeni, da prejme vhodni signal (npr. spremembo vlažnosti zraka) in ga pretvori v drugo obliko signala, kot je električna napetost, tok ali upornost. To mu omogoča centralizirano spremljanje, beleženje podatkov in nadzor drugih naprav na podlagi prenesenih informacij.

Za mnoge je izraz pretvornik zmeden. Ime “pretvornik” izhaja iz glavne funkcije instrumenta: pretvarjanje oziroma prenos podatkov. To je splošen termin, ki se uporablja v različnih panogah in aplikacijah, od radijskega prenosa do nadzora procesov v industrijskih okoljih.

Sodobni instrumenti lahko prenašajo podatke po žicah (žični merilni pretvorniki) ali z uporabo radijskih frekvenc (brezžični merilni pretvorniki). V nadaljevanju se bomo osredotočili na žične merilne pretvornike.

Žični merilni pretvorniki

Se uporabljajo za pretvarjanje fizikalnih veličin, kot so temperatura, tlak, vlaga ali tok, v električne signale. Pojem “žični” se nanaša na to, da so ti pretvorniki z žično povezavo (na primer električni kabel) povezani s preostalim sistemom.

Bistveno je razumeti kakšne signale uporabljajo žični merilni pretvorniki.

Analogni signali

So neprekinjeni signali, ki zavzemajo neskončno število vrednosti znotraj določenega območja. Merilni pretvorniki z analognimi signali se uporabljajo v večini industrijskih aplikacij, saj zagotavljajo kontinuirano spremljanje in nadzor fizikalnih količin. Delujejo tako, da pretvarjajo fizikalne veličine v analogne električne signale z napetostjo. Obstajata dve vrsti napetosti:

• 4 mA … 20 mA: merilni pretvorniki s to napetostjo so pogosti elementi v industrijski proizvodnji, saj večina industrijske opreme komunicira preko tega standardiziranega signalnega območja. Preneseni temperaturni signal se lahko spreminja znotraj pretvornika temperature, da ustreza potrebam aplikacije. Na primer 4 mA lahko uporabimo za predstavljanje 0 °C, najvišjo vrednost v območju (20 mA) pa lahko uporabimo za predstavljanje 100 °C.
  • Temperaturni merilni pretvorniki pretvorijo termočlen ali RTD signal v izhodni signal 4-20 mA.
  • To je idealna rešitev za številne aplikacije za merjenje temperature na daljavo. Običajne naprave za zaznavanje temperature, kot so termoelementi in RTD, oddajajo zelo majhne „signale“. Ti senzorji se priključijo na dvožični pretvornik, ki bo ojačal majhen merilni signal.
  • Ko je nastavljen na uporabno raven, se ta signal lahko prenaša z navadno bakreno žico in uporablja za pogon druge opreme. V to opremo se štejejo regulatorji, števci, data loggerji, snemalniki grafov, računalniki ali krmilniki.
• 0 V … 10 V: merilni pretvorniki s to napetostjo omogočajo natančnejše meritve, vendar lahko na dolge razdalje vplivata električni šum in padec napetosti. Napetostni signal 0-10 V je kompatibilen z večino standardne merilne in krmilne opreme, kar olajša uporabo pretvornikov v različnih aplikacijah. Ta signal je linearno sorazmeren s spreminjajočo se fizikalno količino, ki jo merimo, kar pomeni, da se izhodna napetost enakomerno spreminja glede na spremembe v merjeni količini.
  • Zaradi enostavne linearnosti in obsega (0-10 V) je preprosto interpretirati izhodne podatke. Višja napetost ustreza večji vrednosti merjene količine, medtem ko ničelna napetost ustreza ničelni vrednosti merjenja.
  • Zaradi preprostosti in široke sprejetosti tega signala je enostavno integrirati merilne pretvornike z analognim signalom 0-10 V v različne sisteme za nadzor in avtomatizacijo.
  • Napetostni signal 0-10 V je kompatibilen z večino standardne merilne in krmilne opreme, kar olajša uporabo pretvornikov v različnih aplikacijah.

Prednosti analognih signalov

• Enostavno branje in razumevanje: Analogni signali so preprosti za branje in razumevanje, saj so linearno sorazmerni s fizikalno količino, ki jo merimo.
• Kompatibilnost: Ta signalni format je široko sprejet v industriji in je združljiv z različnimi tipi opreme, vključno z regulatorji, nadzornimi sistemi in zapisovalniki podatkov (data loggerji).
• Odpornost na motnje: Analogni signali so manj občutljivi na elektromagnetne motnje v primerjavi s digitalnimi signali, kar lahko prispeva k zanesljivosti meritev v okoljih z visoko interferenco.
• Natančnost: Z rednimi kalibracijami in prvilno uporabo lahko analogni pretvorniki zagotovijo visoko natančnost meritev.
• Uporabljajo se v različnih aplikacijah, kot so industrijski procesi, laboratorijske meritve, HVAC sistemi, avtomatizacija in povsod drugje, kjer je potrebno spremljanje in nadzorovanje fizikalnih veličin.

Namen uporabe merilnih pretvornikov z analognimi signali je zagotavljanje natančnih in zanesljivih meritev ter prenosa teh meritev v druge dele sistema za nadzor, spremljanje ali krmiljenje. Z njimi se filtrirajo EMC motnje, ojača in pretvori se signal temperaturnega senzorja v območji.

Digitalni signali

Prenašajo diskretne signale, dodatne vrednosti. Digitalni signali so pogosto odpornejši na šum in so lahko bolj varni s šifriranjem. Primeri so:

• Logični releji (vklop/izklop): izvajajo preproste operacije na digitalnih signalih, na primer preklapljanje med dvema stanjema.
• Modbus: primeren za povezovanje več naprav v istem omrežju.
• Profi-Bus: zasnovan za komunikacijo v avtomatizacijski tehnologiji.
• HART: združuje analogne in digitalne podatke ter zagotavlja obogatene informacije.
• HTTP: sodobnejši signal, uporaben predvsem za naprave IoT.

Ker je na voljo veliko različnih digitalnih in analognih signalov, je pomembno razumeti, katere signale potrebujemo. Slednje je običajno določeno s sistemi, na katere povezujete svoje naprave. V kolikor pride do različnih izhodnih signalov, to lahko vpliva na kakovost meritev, delovanje naprave in/ali sistema, zmanjšano učinkovitost, energetski izkoristek, ter s tem povezane stroške.

HUMIDITY-Rotronic Relative humidity gausioners

Nakupujte zdaj

Fiksni in zamenljivi merilni pretvorniki vlage in temperature s tipalom za RV

Ena od ključnih odločitev, ki jih je treba razumeti pri izbiri ustreznega merilnega pretvornika vlage in temperature je, ali ima fiksno ali zamenljivo tipalo (senzor) za relativno vlažnost. Tipalo je merilni del pretvornika.

Merilni pretvorniki vlage in temperature s fiksnim tipalom za RV

• Integrirana zasnova: pri merilnih pretvornikih vlage in temperature s fiksnim tipalom sta tipalo in pretvornik izdelana kot ena enota, kar zagotavlja specifičen, nespremenljiv vmesnik.
• Analogna komunikacija: številna fiksna tipala, zlasti starejši modeli, delujejo z analognimi metodami komunikacije. Na primer, merilni pretvornik vlage prejme signal od tipala in ga nato pretvori v vrednosti vlažnosti.
• Notranje shranjevanje kalibracije: podatki o kalibraciji in nastavitvah za ta tipala so pogosto shranjeni v pretvorniku in ne v samem tipalu.
• Če tipalo ali senzor odpove, je treba zamenjati celotno enoto. Prav tako je treba umeriti “pretvornik”.

Merilni pretvorniki vlage in temperature z zamenljivim tipalom za RV

• Modularna zasnova: tipala so ločena od merilnega pretvornika vlage in temperature. To omogoča modularni pristop z ustreznega tipala za merilno aplikacijo in temu ustreznega pretvornika za potrebe namestitve. Vsa tipala Rotronic ali Hygroclip so zamenljiva.
• Notranje shranjevanje kalibracije: podatki o kalibraciji in nastavitvah v tipalih Rotronic HygroClip so shranjeni v tipalih.
• Digitalna komunikacija: med tipalom in merilnim pretvornikom vlage in temperature omogoča, da tipalo ohrani svojo natančnost in kalibracijo, tudi če preklaplja med različnimi pretvorniki. Poenostavlja postopek ponovnega umerjanja, saj umerjate tipalo in ne pretvornika. S tem se občutno skrajša čas izpada zaradi umerjanja in vzdrževanja. Opozoriti je treba, da vsa zamenljiva tipala drugih proizvajalcev nimajo digitalne komunikacije in notranjih podatkov o nastavitvah.
• Edinstvene serijske številke: vsako zamenljivo tipalo Rotronic ima edinstveno serijsko številko, kar omogoča lažje sledenje in racionalizacijo postopkov zamenjave.

Merilni pretvorniki vlage in temperature ROTRONIC

Ponudba merilnih pretvornikov vlage in temperature je zelo pestra, zlasti pri odločanju med fiksnimi in zamenljivimi tipali za relativno vlažnost.

Merilni pretvorniki vlage in temperature s fiksnim tipalom za RV

Prednosti

• Nižji začetni stroški: merilni pretovrnik HF1 je cenovno ugodna možnost za HVAC, zato so merilni pretvorniki vlage in temperature s fiksnim tipalom pogosto cenejši že na začetku.
• Enostavna namestitev: te enote so na voljo v enem kosu, zato je namestitev enostavna in manj zamudna.
• Optimizirano delovanje: vsako tipalo je posebej zasnovano in prilagojeno za nemoteno delovanje z ustreznim pretvornikom, kar zagotavlja zanesljivo delovanje.
• Nižji stroški/čas kalibracije: ker ni treba menjati tipal, je kalibracija lahko hitrejša in enostavnejša.

Pomanjkljivosti

• Omejena prilagodljivost: zmogljivosti tipal so vezane na njene značilnosti; nadgradnja ali sprememba zmogljivosti tipala ni mogoča brez zamenjave celotne enote.
• Višji stroški vzdrževanja: če tipalo odpove, bo morda treba zamenjati celoten pretvornik.
• Omejeno področje uporabe: običajno so zasnovani za posebne aplikacije, zato so manj vsestranski.

Merilni pretvorniki vlage in temperature z zamenljivim tipalom za RV

Prednosti

• Prilagodljivost: ena glavnih prednosti je možnost zamenjave tipala glede na zahteve uporabe, kot so visoka natančnost, visoka temperatura ali visokotlačni pogoji.
• Prihodnost: novejša ali naprednejša tipala je mogoče namestiti brez spreminjanja merilnega pretvornika vlage in temperature, kar zagotavlja rešitev, ki gre v smeri prihodnosti.
• Nižji stroški dolgoročnega vzdrževanja in kalibracije: okvarjena ali zastarela tipala je mogoče zamenjati posamično, tako da ni treba zamenjati celotne enote.
• Enostavnejše kalibracije: posamezna tipala je mogoče umerjati ločeno, kar omogoča neprekinjeno delovanje z rezervnim tipalom.

Vsestranskost uporabe

Modela Rotronic merilnih pretvornikov vlage in temperature HF5 in HF5-EX lahko zaradi združljivosti z različnimi tipi tipal HygroClip prilagodite širšemu naboru aplikacij.

Pomanjkljivosti

• Višji začetni stroški: vsestranskost in napredne funkcije pogosto zahtevajo višjo začetno naložbo (čeprav je treba opozoriti, da stroški umerjanja in vzdrževanja običajno močno presegajo začetno naložbo v celotni življenjski dobi instrumenta).
• Zahtevnost uporabe: ravnanje z različnimi vrstami tipal lahko zahteva specializirano znanje in kompleksno vzdrževanje.

Kako izbrati ustrezen merilni pretvornik?

Da bi se lahko odločili kateri od omenjenih merilnih pretvornikov je primeren za vašo aplikacijo, se je potrebno vprašati ključna vprašanja za odločanje:

• Katera je primarna aplikacija oziroma področje uporabe?
• Kolikšen je proračun za začetno naložbo v primerjavi z dolgoročnim vzdrževanjem (pomen skupnih stroškov lastništva)?
• Ali je prilagodljivost delovanja tipal prednostna naloga?
• Kako pomembna je natančnost za aplikacijo in/ali kakšna je zahtevana natančnost meritve?
• Kakšna je pričakovana pogostost umerjanja in s tem povezani stroški?
• Ali lahko aplikacija prenese izpade pri vzdrževanju/kalibraciji?

☏ Pokličite nas: +386 2 62 96 720

Za mnenja in razlage sta vedno na voljo:

strokovnjak za prodajni program Rotronic: Rok Samec

• ☎ +386 51 228 494
• ✉ [email protected]

strokovnjak za meritve: Zoran Lepenik

• ☎ +386 41 626 771
• ✉ [email protected]

Sorodni članki:

• Izbira ustreznega merilnega pretvornika
• Merilni pretvorniki INOR

Avtorici: Mojca Kugler in Katarina Žunko, vir: Understanding Fixed vs. Interchangeable Probe Humidity Transmitters, Rotronic

junij, 2024