Kartka z historii. Przetworniki ciśnienia Emerson Rosemount mają księżycowy rodowód

Piotr Kozuń (Emerson Process Management) drukuj

8 października 2020 roku

Kartka z historii. Przetworniki ciśnienia Emerson Rosemount mają księżycowy rodowód

W głębokiej ciemności szliśmy dwa kilometry przez mazowiecką, nieoświetloną wieś. Była ciepła noc i celem naszej drogi było jedyne gospodarstwo, w którym był czarno-biały telewizor. W domu, w pokoju rozświetlonym jaskrawym ekranem, gromadzili się ludzie. Mimo otwartych okien było duszno i wilgotno. W powietrzu wisiał nastrój wyjątkowości, oczekiwania i pewna podniosłość chwili. Trochę jak w świątyni. Wszyscy szeptem komentowali widziane elementy lądownika, wolne ruchy astronautów i nierówną powierzchnię księżyca. To są moje wspomnienia z wakacji, z nocy 20 lipca 1969 r.

W ubiegłym roku minęło 50 lat od momentu, w którym jako pierwszy stopę na księżycu postawił Neil Armstrong, a zaraz po nim Buzz Aldrin. Cały świat świętował i wspominał historyczne chwile. Emerson świętował trochę więcej, ponieważ też tam był! A dokładniej mówiąc, Emersona reprezentowały na Księżycu nasze popularne czujniki Rosemount, które w owym czasie były produkowane przez firmę Rosemount Engineering z wynalazcą Frankiem D. Wernerem na czele.

Narodziny gwiazdy

W latach 50. między Stanami Zjednoczonymi i Związkiem Radzieckim panowała polityczna „zimna wojna” oraz wyścig zbrojeń, również w kosmosie. Naukowcy z obu krajów czynnie brali udział w pracach rozwojowych umożliwiających uzyskanie przewagi militarnej. Dr Frank D. Werner, naukowiec i wynalazca, był zaangażowany w badania czujników temperatury i ciśnienia w The Rosemount Research Center University of Minnesota. Siły powietrzne USA zleciły mu opracowanie i wykonanie sensorów potrzebnych konstruktorom samolotów naddźwiękowych. Aby sprostać temu zadaniu, konieczne było stworzenie zespołu oraz założenie firmy zdolnej wyprodukować zamówione czujniki. Frank D. Werner poprosił Roberta E. Keppela, inżyniera z laboratorium aeronautycznego oraz biznesmena Vernona H. Heatha o dołączenie do projektu, początkowo w niepełnym wymiarze godzin. W 1956 r. kwota 8000 dolarów wystarczyła, aby założyć firmę technologiczną o nazwie Rosemount Engineering Company. Budynkiem produkcyjnym był nie legendarny garaż na przedmieściu, lecz dawna wylęgarnia kurczaków położona niedaleko Uniwersytetu Minnesoty.

Na początku firma produkowała czujniki temperatury mierzące ciepło powodowane sprężaniem powietrza, które powstawało podczas lotów z dużą prędkością. Przełom technologiczny pozwolił pilotom testowym po raz pierwszy uzyskać dokładne odczyty prędkości prototypowych samolotów naddźwiękowych. W pierwszym roku działalności firma sprzedała sensory o wartości 30 000 dolarów. Dla Stanów Zjednoczonych wydarzeniem o ogromnym ładunku emocjonalnym był fakt wystrzelenia w 1957 r. przez Związek Radziecki pierwszego sztucznego satelity Sputnik I. Stany Zjednoczone zareagowały przyspieszeniem rozwoju własnego programu kosmicznego, a czujniki Rosemount wkrótce zaczęły być stosowane w eksploracji kosmosu.

1966 r. – czujniki Rosemount na księżycu

Z czasem czujniki Rosemount Engineering stały się standardowym wyposażeniem samolotów odrzutowych i rakiet, i oczywiście poleciały na Księżyc 20 lipca 1969 r. Kombinezony kosmiczne noszone przez Neila Armstronga i Buzza Aldrina wyposażone były w zestaw czujników firmy Rosemount, w tym czujniki monitorujące przepływ tlenu. Ponadto czujnik Rosemount do pomiaru temperatury został umieszczony około 2 m pod powierzchnią Księżyca i działał jeszcze długo po zakończeniu misji.

Od tego czasu czujniki Emerson’s Paine były i są stosowane w wielu misjach eksplorujących kosmos. Z prędkością ponad 48 000 km/godz. żeglują w przestrzeni międzygwiezdnej w sondach Voyager, które po 2030 r. staną się martwym świadectwem ówczesnej technologii. Oby nic nie zakłóciło tej podróży choćby dlatego, że z Voyagerem leci złota płyta z zapisaną, pełną fajerwerków, koloraturową arią Królowej Nocy z opery Wolfganga Amadeusza Mozarta „Czarodziejski flet”. Wszystko na wypadek spotkania w otchłaniach kosmosu innej cywilizacji. W przypadku promów kosmicznych dwa czujniki firmy Rosemount dostarczały kluczowe dane determinujące kąt wejścia w atmosferę ziemską podczas zejścia z orbity. W czasie startu czujniki temperatury zamontowane w silniku rakietowym promów musiały precyzyjnie mierzyć temperaturę zmieniającą się w kilka sekund o 1100 °C.

1956 r. – Robert E. Keppel, Vernon H. Heath, Frank D. Werner

Skok do przyszłości

Firma Rosemount Engineering wytwarzała urządzenia „na miarę” według specyfikacji klienta, głównie dla przemysłu zbrojeniowego i NASA. Prawie wszystkie czujniki były używane w samolotach i pociskach balistycznych. W 1965 r. tylko 7% sprzedaży Rosemount pochodziło z rynku przemysłowego. Z tego powodu właściciele i kierownictwo firmy intensywnie poszukiwali właściwej strategii rozwoju. Pojawił się m.in. oryginalny pomysł produkcji skorupowych butów narciarskich. Jak wiemy, wiele przemysłowych i popularnych technologii i produktów przychodzi z przemysłu zbrojeniowego lub kosmicznego – wystarczy zajrzeć do szafy i wyjąć ciepły polar lub kurtkę z Goretexu. Jednak ten pomysł zakończył się finansowym fiaskiem.

Inne wysiłki mające na celu zmniejszenie zależności od amerykańskich programów kosmicznych i obrony okazały się bardziej opłacalne. Pod koniec lat 60. XX w. Rosemount opracował plan wprowadzenia przyrządów do pomiaru temperatury i ciśnienia na te obszary rynku przemysłowego, w których wymagane są pomiary o wysokiej dokładności. Zaczęło się od znacznego wzrostu sprzedaży przemysłowej – o 33% od 1969 do 1970 r. To wówczas opracowano legendarny elektroniczny przetwornik ciśnienia – Rosemount 1151. Był to analogowy przetwornik, który na dekady wytyczył przemysłowe standardy pracy podobnych urządzeń pomiarowych i zapewnił silną pozycję firmy Rosemount na rynku producentów urządzeń automatyki przemysłowej. Przetwornik 1151, oprócz tego, że miał „kosmiczną” technologię, był o 1/3 mniejszy od dostępnych wówczas przetworników, bardziej odporny na środowisko przemysłowe i miał modułową budowę. Był to znaczący przeskok z technologii pneumatycznej do ery elektroniki. O jego popularności świadczy m.in. fakt, że
w Polsce w Przedsiębiorstwie Automatyki Przemysłowej MERA-PNEFAL podjęta została decyzja zakupu licencji i pod koniec lat 90. ubiegłego wieku polski przemysł otrzymywał te przetworniki prosto z warszawskiej Falenicy. W wielu zakładach przemysłowych przetworniki 1151, wykorzystywane przy pomiarach ciśnienia, przepływu i ciśnienia hydrostatycznego, pracują do dziś.

Przetwornik 1151 wytyczał kierunki budowy elektronicznego urządzenia analogowego. Kolejna generacja przetworników, Rosemount 3051, wypuszczona na rynek po 20 latach, oparta była całkowicie na technologii cyfrowej. Wewnątrz znajduje się nowy czujnik pojemnościowy wykonany technologią mikroobróbki mechanicznej, a elektronika – technologią montażu powierzchniowego. Nie zapomniano o oczywistych dziś opcjach komunikacyjnych – jest to nałożony na sygnał prądowy 4–20 mA sygnał cyfrowy HART, a także Profibus, FOUNDATION Fieldbus oraz WirelessHART. Miniaturyzacja elektroniki, zmiany mechaniczne i wprowadzenie platformy coplanar spowodowały kolejną redukcję wymiarów i wagi o 50%. Pierwszy raz wprowadzono pojęcie dokładności całkowitej, której wyliczenie uwzględnia realne i trudne warunki panujące w przemyśle oraz upływ czasu.

Następnym razem, kiedy będziecie Państwo analizowali bogate dane z czujników Emerson Rosemount, pamiętajcie, że ta zaawansowana technologia była na Księżycu i pomogła utrzymać astronautów przy życiu. Stanowiła mały element pierwszego historycznego kroku Neila Armstronga. Dzisiaj czujniki Rosemount są częścią ekosystemu PlantWeb, który pozwala na wdrażanie cyfrowych rozwiązań w przemyśle, ale to jest temat na inne opowiadanie.