Контрольно-измерительные приборы

5 Nov 2023 в 09:45
Инструменты контроля и измерений предназначены для сбора информации из измеряемого контекста. Основываясь на полученных данных, люди или автоматизированные системы управления могут уяснить состояние и динамику изучаемого объекта. В существовании измерительных инструментов возможно обнаружить далекое прошлое – например, примитивный поплавок удочки можно считать одним из них. Восходя и опускаясь, поплавок указывает на уровень воды в своем местоположении и таким образом выступает в роли датчика уровня. Присоединенный к леске колокольчик, издавая звук, когда на крючок попала рыба, является индикатором натяжения. Даже взгляд охотника может быть дальномером, позволяющим оценивать на глаз расстояния.
Современный мир предлагает огромное разнообразие приборов контроля и измерений. Все они имеют свои особенности и ценовой диапазон, но объединяет их одно – это их функция.

КЛАССИФИКАЦИЯ приборов КИП
Первичные преобразователи: устройства, преобразующие инфорацию от физического параметра в другой вид. Они включают в себя чувствительный элемент.
Чувствительные элементы: это компоненты, которые реагируют на изменения измеряемых параметров и передают эти изменения первичным преобразователям.
Датчики: это первичные преобразователи, которые реагируют на изменения чувствительного элемента и выдают электрический сигнал.

Вторичные преобразователи: это устройства, принимающие сигнал от первичного преобразователя и передающие его далее в формате, заданного пользователем. Они также могут усиливать сигнал, фильтровать его и масштабировать. Иногда в роли вторичных преобразователей используются программно-аппаратные комплексы управления.

Инструменты контроля и измерения могут быть классифицированы по следующим критериям:

Использование:
♦ рабочие - для специфических измерений;
♦ образцовые - используются для калибровки и настройки рабочих устройств;
♦ контрольные - для проверки рабочих устройств на их местонахождении;

Функциональность:
♦ показывающие – отображают значение измеряемого параметра непосредственно на устройстве;
♦ самопишущие – имеют функцию записи измеряемых параметров;
♦ сигнализирующие – могут уведомлять об отклонениях измеряемых параметров;
♦ регулирующие – способны автоматически поддерживать измеряемые параметры на определенном уровне;

По виду измеряемого параметра:
♦ Измерение давления (P)
♦ Измерение концентрации (жидкости или газа) (Q)
♦ Контроль температуры (T)
♦ Измерение уровня (L)
♦ Расходомеры для определения количества вещества (G)
♦ Инструменты, определяющие положение или твердое взаимодействие с веществом. (S)

По типу устройства:
♦ Бытовые для домашнего использования.
♦ Общепромышленные для использования в общественных службах и промышленности.
♦ Специальные для использования в опасных зонах или зонах с высоким содержанием опасных материалов.
♦ Морские.

По типу выходного сигнала:
♦ Аналоговые с выходом в виде сопротивления, напряжения или тока.
♦ Дискретные устройства выдают релейный сигнал 1/0 от измеренного продукта.
♦ Интерфейс может быть в протоколе Modbus, HART, либо созданном производителем.

По типу подключения:
♦ Схема с двумя проводами.
♦ Схема с тремя проводами (два для питания и один для сигналов).
♦ Схема с четырьмя проводами с отдельным подключением питания и данных.
♦ Подключение через клеммы.
♦ Подключение через разъем.
♦ Контактные подключения через пайку.

По метрологическим параметрам – класс точности, основное и дополнительное отклонения.
Распространены следующие классы точности:
♦ устройства высокой точности - 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05, 0,06
♦ устройства средней точности - 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6
♦ устройства низкой точности - 1; 1,5; 2; 2,5; 4; 5; 6

По подключаемому напряжению: постоянный, переменный ток, напряжение U (В). Чаще используется низкое напряжение питания (24 В), поскольку безопаснее для самого прибора и оператора, и большинство систем программного управления используют этот стандарт питания.
Затем каждый из описанных инструментов можно подразделить на подкатегории, поскольку каждая задача требует специфического прибора. Например,
Универсальный датчик температуры может иметь релейный выход и выходной сигнал в виде тока.

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Слово "датчик" (от английского "sensor") означает измерительный элемент, который преобразует измеряемую величину в сигнал, удобный для пользователя. Обычно под сенсорами понимают устройства, измеряющие свойства окружающей среды и передающие их в виде электрического сигнала в управляющую систему.

Термодатчики необходимы в системах управления, диспетчеризации, HVAC как устройства, определяющие температуру окружающей среды. Термодатчикам свойственен физический контакт с измеряемой средой. Все датчики температуры делятся по:
♦ Типу первичного преобразователя
♦ Терморезисторы (термоэлектрические) . При изменении температуры электрическое сопротивление изменяется.
♦ Термопары (термо-электрические ). В зависимости от различий в температуре, особый сплав меняет "падение потенциала"
♦ Полупроводниковые. Датчики работают на принципе изменения характеристик p-n перехода под воздействием температуры.
♦ Акустические.
♦ Тепловизоры.
♦ Пьезоэлектрические.

По способу монтажа:
♦ Внешние. Например, комнатный датчик температуры, установленный на стене.
♦ Подводные. Чувствительный элемент (возможно с первичным преобразователем) затоплен.
♦ Навесные. Навесные датчики используются, когда нет возможности установить устройство с прямым контактом с окружающей средой.

Еще:
♦ Длина погружной части. Может быть несколько см, до 2-3 метров
♦ Исполнение IP. Может быть 54, 66.
♦ Тип резьбы, диаметр, тип уплотнительных вводов и т.д. Метрическая или трубная резьба (G).

Для правильного подбора термодатчиков требуется много информации и специальных знаний, поскольку каждое устройство подбирается индивидуально для конкретной задачи. В большинстве случаев термодатчик не имеет "стандартного" исполнения и выбирается на заказ.

ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ
Измерение давления - это одна из ключевых задач автоматизации технологических процессов. Давление контролируется в автоматизированных системах технологического управления для поддержания заданных параметров и для обеспечения безопасности. Эти приборы востребованы в энергетике, коммунальном хозяйстве, нефтяной и пищевой промышленности, а также в газовой промышленности. Датчики давления обычно не контактируют прямо с измеряемой средой. Для отделения измерительного элемента от среды используется мембрана.
Датчик давления - это прибор, физические параметры которого изменяются вместе с изменениями давления измеряемой среды.

Определения "давления":
♦ Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля, что означает полное отсутствие сжимающих напряжений.
♦ Атмосферное давление - это давление в открытой емкости или водоеме.
♦ Избыточное давление - это разность между абсолютным и атмосферным давлением.
♦ Также можно измерять дифференциальное давление - это разница между двумя измерениями, проводимыми одним прибором.

Дополнительно, все датчики давления можно классифицировать по:
♦ Модели. Домашний, промышленный, специализированный и т.д.
♦ Типу выходного сигнала. Токовый, напряжение или интерфейс.
♦ Способу подключения к измеряющей среде. Фланец или ниппель.
♦ Климатическое применение, наличие индикации и т.п.

При выборе датчика давления в автоматизированных системах управления необходимо учитывать класс точности прибора. Для сверхточных задач (например, на НПЗ) требуется высокий класс точности, а для общих нужд высокая точность не требуется. В производстве часто используются противовзрывные помехозащищенные приборы, когда устройство установлено в опасной зоне и электрический импульс может вызвать воспламенение (взрыв).

Наиболее распространенные виды защиты от взрыва включают:
♦ d – взрывобезопасная оболочка;
♦ e – повышенная безопасность
♦ ia – искробезопасная электрическая цепь (Zone 0 – взрывоопасная атмосфера);
♦ ib - искробезопасная электрическая цепь (Zone 1 – взрывоопасная атмосфера, например, в случаях аварий);
♦ h – герметическая изоляция;
♦ m – герметизация;
♦ o – подавление искрообразования;
♦ p – метод повышенного давления;
♦ q – заполнение порошком;
♦ s – специальная защита.

ТИПЫ СТАНДАРТИЗИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Часто в автоматизации технологических процессов применяется множество различных приборов. Если бы каждый из них имел свой уникальный выходной сигнал, это затруднило бы обслуживание и диагностику проблем. Более того, выбор вторичных устройств или системы управления стал бы невозможным из-за большого разнообразия выходных сигналов. В промышленности были приняты стандарты, которые позволяют унифицировать различные устройства и их выходные сигналы:
Аналоговые. Это приборы, которые непрерывно измеряют состояние окружающей среды и постоянно передают информацию в виде электрического сигнала.
Дискретные. Могут быть реле или бесконтактные сигнализаторы. Они работают по принципу 1/0.
Интерфейсы.

Аналоговые сигналы могут быть:
Токовые. Стандарт: 0..5мА, 4..20мА, 0..20мА, -20мА…0мА
Напряжение. Стандарт 0..10В
Обычно производители используют два типа стандартных аналоговых сигналов: 4..20мА и 0..10В. Однако можно встретить приборы с другими выходными значениями.
Дискретные сигналы можно классифицировать по напряжению (постоянное или переменное), а также по силе тока (А), через который прибор может пропускать сигнал.

Интерфейсы.
В промышленности наиболее широко используется протокол передачи информации HART. Он представляет собой открытый стандартный гибридный протокол, который через двунаправленную связь передает информацию поверх стандартизированного сигнала 4...20 мА. Кроме того, встречаются различные промышленные протоколы, такие как Foundation Fieldbus, ModBus, Profibus. Также изготовители могут создать свой собственный протокол обмена данными.
Категория: КИПиА
Случайная статья: Измерение уровня