< Previous30AUTOMATYKATEMAT NUMERUnajczęściej montowane są na mem-branie, a jej odkształcanie pod wpły-wem mierzonego medium powoduje również odkształcanie czujników, a w konsekwencji zmianę ich rezy-stancji. Im większa siła przyłożona do układu pomiarowego, tym więk-sza rezystancja. Wadą omawianych sensorów jest duża zależność czu-łości i dokładności pomiaru od spo-sobu ich rozmieszczenia oraz jakości ich przymocowania na powierzchni czynnej poddawanej ciśnieniu. Nie-wątpliwą zaletą czujników tensome-trycznych jest wysoka odporność na wibracje i uderzenia. Kolejną grupę czujników ciśnienia stanowią czujniki piezorezystancyjne, których zasada działania jest podob-na do czujników tensometrycznych, jednak ciśnieniu danego medium poddawana jest powierzchnia krze-mowa. Ich zaletami są większa czu-łość oraz dokładność. Ponadto dzię-ki właściwościom fizycznym krzemu możliwy jest pomiar bardzo małych ciśnień rzędu milibarów. Krzemo-wą membranę z układem sensorów piezorezystancyjnych umieszcza się w hermetycznej obudowie. Całość znajduje swoje miejsce w kolejnej obudowie, która od strony medium jest zamknięta dodatkową membra-ną. Przestrzeń między czujnikiem a zewnętrzną membraną wypełnia się cieczą manometryczną, którą zazwyczaj stanowi olej syntetyczny. Zewnętrzna membrana uginając się, napiera na olej, a ten na membranę czujnika. Ze sposobu budowy kompo-nentu wynika jego wada. Na pomiar ma wpływ rozszerzalność temperatu-rowa cieczy, która może powodować fałszowanie pomiarów. Antidotum na taki stan rzeczy stanowi minimali-zacja przestrzeni między zewnętrzną membraną a czujnikami. Firma Jumo oferuje piezorezystancyjny przetwor-nik ciśnienia dTrans p30, którego za-kres pomiarowy może sięgać do 600 barów, temperatura maksymalna medium to 120 °C, miejsca uszczel-nień zastąpiono spawami, a stopień ochrony to minimum IP65. Innym typem czujników ciśnienia są czujniki pojemnościowe. Cienka, krzemowa membrana jest umieszcza-na między okładzinami, w ten sposób tworząc kondensator. Ciśnienie dane-go medium wpływa na pojemność tak zbudowanego kondensatora, która jest przekształcana na sygnał wyjściowy. Czujniki pojemnościowe są umieszczane w szczelnej obudowie wypełnionej olejem i wyposażonej w membranę wykonaną najczęściej ze stali nierdzewnej. To właśnie ona ma bezpośredni kontakt z medium, którego ciśnienie jest mierzone. Zaletą pojemnościowych czujni-ków ciśnienia jest ich duża czułość. Od wcześniej wspomnianych grup czujników odróżnia je ponadto dłu-goterminowa stabilność.Standardowe przetworniki ciśnie-nia na swoje wyjście podają sygnał analogowy – prądowy lub napięcio-wy, zaś programowalne to takie, które są wyposażone w przetwornik ana-logowo-cyfrowy oraz mikroprocesor. Ten ostatni pozwala na odpowiednią obróbkę sygnału wyjściowego oraz jego skonfigurowanie, tak aby był jak najbardziej użyteczny dla nad-rzędnych systemów automatyki. Pro-gramowalne przetworniki mogą być również wyposażane w przemysłowe interfejsy komunikacyjne. Przykładem programowalnego czujnika ciśnienia jest model SDE5 z oferty firmy Festo. Jego zakres pomiarowy mieści się mię-dzy 0 a 10 barów. On sam jest wypo-sażony w wyłącznik ciśnieniowy, pod-ciśnieniowy oraz w statusową diodę LED widoczną z każdej strony czujnika.Firma Turck ma w swojej ofercie cztery rodziny czujników ciśnienia – PS, które na wyjściu mogą mieć sygna-ły analogowe lub cyfrowe, mają moż-liwość komunikowania się za pomocą IO-Link oraz mają wyświetlacze. Druga grupa PT – nie mają wyświetlaczy, ale charakteryzują się szerokim zakresem temperaturowym. Czujniki PK – de-dykowane do stosowania w próżni i aplikacjach pneumatycznych oraz czujnik PC z możliwością komuniko-wania się za pomocą IO-Link. Firma Balluff oferuje w swoim portfolio trzy podstawowe grupy czujników ciśnie-nia – z płaską membraną, bez wyświe-tlacza i z wyświetlaczem. Z kolei Dan-foss ma w swojej ofercie szeroką gamę przemysłowych czujników ciśnienia – głównie piezorezystancyjnych. WilgotnośćBardzo ważną wielkością nieelektryczną, której pomiary są dosyć powszechnie wykorzystywane w przemyśle jest wilgotność. Zły poziom wilgotności może wpłynąć negatywnie na para-metry fizyczne materiałów oraz czas zachodzenia koniecznych w danym WSZYSTKIE PRZEMYSŁOWE URZĄDZENIA POMIAROWE WIELKOŚCI NIEELEK-TRYCZNYCH, NIEZALEŻNIE OD MIERZONEJ WIELKOŚCI, MUSZĄ SPEŁNIAĆ KRYTERIA WYBORU ZALEŻNE OD CHARAKTERU APLIKACJI, W KTÓREJ BĘDĄ UŻYTE. 314/2019TEMAT NUMERUprocesie produkcyjnym reakcji chemicznych. Ważnym aspektem związanym z wilgotnością jest ochrona sprzętu elektronicznego przed potencjalnym zniszczeniem spowo-dowanym złymi warunkami środowiskowymi. W przemyśle chemicznym, spożywczym czy farmaceutycznym wilgot-ność musi być kontrolowana podczas podawania skład-ników do produkcji oraz podczas suszenia. Sprawdzeniu podlega również produkt końcowy. Gałęziami przemysłu, w których wilgotność ma ogromne znaczenie są również górnictwo, papiernictwo oraz przemysł opakowaniowy. Metody pomiaru wilgotności mogą stać się kryterium podziału higrometrów na dwie grupy. Pierwsza z nich obej-muje higrometry korzystające z metod higroskopowych, a zaliczyć do niej można czujniki rezystancyjne i pojemno-ściowe. Wspomniana grupa metod korzysta z występowa-nia zmian właściwości elektrycznych danych materiałów pod wpływem zmian wilgotności. Przedstawiciela higro-metrów pojemnościowych można znaleźć w ofercie firmy Jumo. Służy on do pomiaru wilgotności względnej w całym zakresie wilgotności. Ma inteligentne, wymienne sondy, metalową obudowę oraz w razie potrzeby, opcjonalnie, czytelny wyświetlacz.Druga grupa korzysta z metod kondensacyjnych, co oznacza, że wilgotność jest wyznaczana w sposób pośredni – za pomocą pomiaru temperatury skraplania. Zasada działania czujnika polega na schładzaniu lustra wewnątrz czujnika do momentu skroplenia pary wodnej. Ciekawą propozycję ma firma Introl. Chodzi o mier-nik wilgotności materiałów sypkich i masowych NIR-6000. Jest to bezkontaktowy miernik, który wykorzystuje w swoim działaniu zjawisko pochłaniania fal podczerwo-nych. Jest on w stanie sprawdzić wilgotność w zakresie od 0% do 95%. Wyróżnikiem opisywanego miernika jest dokładność sięgająca 0,1%.Przepływ Kolejną nieelektryczną wielkością, której pomiar bardzo często jest realizowany w przemyśle, jest przepływ. Dotyczy Niezmiennie od lat najważniejszą rolę w wyborze urządzenia odgrywa zarówno jakość, jak i ekonomia. Obecnie widać jednak wyraźne dwa kolejne trendy, tj. presję na zakup inteligentnych urządzeń pomiarowych oraz dokładność pomiaru wartości nieelektrycznych. Z roku na rok udział urządzeń inteligentnych w rynku rośnie znacząco. Rozwiązania mobilne, autonomiczne, zdalne stają są coraz powszechniejsze. Z jednej strony wypie-rają niektóre rozwiązania tradycyjne, ale przede wszystkim znaj-dują zastosowanie w miejscach, które do tej pory nie mogły być, bądź nie były ze względów ekonomicznych, poddawane pomiarom. Stale rosnące wymagania konsumen-tów wymuszają na producentach coraz większą dbałość o jakość wyrobu końco-wego. Nie da się tego osiągnąć bez dokład-niejszej kontroli nad procesem produkcyjnym. Począwszy od surowca, a skończywszy na opakowaniu reżimy technologiczne niezmiennie ulegają zaostrzeniu. Sprostanie tym wyzwaniom pociąga za sobą potrzebę wykonywania coraz dokładniejszych pomiarów na każdym etapie. Skrupulatność, która jeszcze do niedawna była spotykana tylko w laboratoriach, dziś staje się codziennością w procesie produkcyjnym.RYNEK URZĄDZEŃ DO POMIARÓW WIELKOŚCI EWOLUUJE W KIERUNKU ROZWIĄZAŃ MOBILNYCH WOJCIECH CZAKI, DYREKTOR NACZELNY, CZAKI THERMO-PRODUCTREKLAMAon gazów, cieczy oraz materiałów sypkich. Pomiar prze-pływu jest wykorzystywany przede wszystkim we wszel-kiego typu systemach dozujących oraz w gazociągach i rurociągach dla potwierdzenia prawidłowości przebiegu procesów przemysłowych. Kontrola przepływu jest wy-magana w obwodach pomp, chłodzenia i wymienników ciepła. Monitorowanie przepływu pozwala wykrywać nie-1 G 5" 2 32AUTOMATYKATEMAT NUMERUszczelności, zabezpiecza przed pracą na sucho w przypadku pomp oraz umożliwia kontrolę obwodów smar-nych. Przepływomierze to przyrządy, które służą do pomiaru wielkości przepływu. Istnieje klika rodzajów tych urządzeń, ale w ogólności prze-pływomierze można podzielić na me-chaniczne i elektryczne. Te pierwsze – na objętościowe, manometryczne, zmiennoprzekrojowe oraz z otwartym kanałem, zaś drugie – na magnetycz-ne, impulsowe, ultradźwiękowe, Co-riolisa i Vortex.Przepływomierze mechaniczne objętościowe pozwalają na zbada-nie prędkości przepływu za pomocą określania szybkości napełniania i opróżniania określonej objętości. Powszechnie znanym przykładem takich komponentów są przepływo-mierze łopatkowe. Najczęstszym za-stosowaniem tej grupy urządzeń jest odmierzanie gazów i paliw ciekłych. Ze względu na charakter pomiaru przepływomierze objętościowe nada-ją się do odmierzania cieczy lepkich, jak miód czy syrop, co może być wy-korzystywane również w branży spo-żywczej.Kolejną grupę przepływomierzy mechanicznych stanowią przepły-womierze manometryczne, których zasada działania polega na wyzna-czaniu różnicy ciśnień między tym pa-nującym na wejściu i wyjściu układu. Ich zaletą jest stosunkowo niska cena, ciśnienia i lepkości. Wadą prezento-wanego rozwiązania jest wrażliwość na zmianę profilu prędkości.Przykłady przepływomierzy można znaleźć w ofercie firmy Balluff. Chodzi o termiczne czujniki przepływu z pa-nelami diodowymi lub wyświetlacza-mi. Wspomniane czujniki wyróżnia odporność na zanieczyszczenia oraz różne opcje sposobu montażu. Inną firmą z przepływomierzami dostęp-nymi w ofercie jest Festo. Proponuje ona przykładowo czujniki przepływu SFAM. Ich cechami charakterystyczny-mi są: podświetlany wyświetlacz, sze-roki wachlarz zakresów pomiarowych, nawet do 1500 l/min, oraz obecność wyjść analogowych i binarnych. Ko-lejnym przykładem czujnika przepły-wu firmy Jumo jest PINOS L02. Jego charakterystyczne cechy to: zmien-na pozycja montażowa czujnika oraz zintegrowany pomiar temperatury. Innym przedstawicielem komponen-tów automatyki, który służy do po-miaru przepływu jest przetwornik 212 Huba Control, który znajduje się w ofercie firmy AP Automatyka. Wspo-mniany przetwornik służy do pomia-ru przepływu cieczy, ale opcjonalnie umożliwia również określenie tem-peratury płynu. W ofercie dostępne są modele z różnymi zakresami po-miarowymi, maksymalnie osiąga-jącymi 150 l/min. Medium, którego przepływ jest mierzony, może mieć do 85 °C. Przetwornik ma wyświetlacz LCD oraz stopień ochrony IP65.najbardziej nadają się do pomia-ru przepływu czystych płynów. Przepływomierze zmienno-przekrojowe, czyli rotame-try charakteryzują się stoż-kową budową i obecnością pływaka, którego położenia wyznacza aktualny przepływ. Zastosowaniem omawianych urządzeń jest pomiar przepły-wu płynów palnych. Następną grupę przepływomierzy z grupy mechanicznych stanowią prze-pływomierze z otwartym kanałem, gdzie prędkość przepływu określa się na podstawie poziomu cieczy w pio-nowej rurce. Elektromagnetyczne przepływo-mierze przemysłowe mierzą prędkość przepływu na podstawie przepływu medium przez określoną z góry po-wierzchnię prostopadłą do kierunku pola magnetycznego. Ultradźwię-kowe przepływomierze przemysło-we oceniają prędkość przepływu na podstawie przepływu medium przez określoną z góry powierzchnię prostopadłą do kierunku przepływu. Zaletami tych metod są: bezkontakto-wy pomiar oraz brak spadku ciśnienia w zbiorniku.Przepływomierze Coriolisa, inaczej zwane masowymi, mają szereg zalet: niski całkowity koszt wykonania, duża dokładność i możliwy szeroki zakres pomiarowy. Wadą tego typu prze-pływomierza jest skomplikowana kalibracja oraz konieczność napełniania całej rury przepływomierza me-dium. Kolejną grupę sta-nowią przepływomierze Vortex, zwane wirowy-mi. Ich zasada działania opiera się na pomiarze ilości medium przepły-wającego przez powierzchnię prostopadłą do kierunku przepływu. Zale-tami tego typu roz-wiązań pomiarowych są: wysoka dynamika procesu, uniezależnienie się od zmian temperatury, 334/2019TEMAT NUMERUPoziomKolejną wielkością, której pomiar jest wymagany w wielu aplikacjach prze-mysłowych jest poziom. Często ko-nieczne jest kontrolowanie poziomu cieczy lub materiałów sypkich w zbior-nikach różnego typu i wielkości, za na-pełnianie których odpowiedzialne są systemy podawcze i transportu-jące. Aby zapobiec sytuacji, w której proces technologiczny będzie musiał zostać zatrzymany ze względu na brak odpowiedniej ilości danego medium, należy wyznaczyć poziom minimalny, którego strzec ma odpowiednio do-brany czujnik kontrolujący poziom. Niepożądaną sytuacją jest również przepełnienie zbiornika, czemu za-pobiec może czujnik kontrolujący po-ziom maksymalny napełnienia. Inną koncepcją pomiaru poziomu jest cią-gła jego analiza wyrażana za pomocą konkretnej wartości, a nie tylko binar-nej informacji o przekroczeniach za-łożonego zakresu. Najczęściej pomiar poziomu jest wymagany w przemyśle chemicznym i spożywczym. W zależ-ności od specyfiki aplikacji należy zastanowić się nad tym, w jak dużym stopniu poziom cieczy czy materiału sypkiego wpływa na przebieg proce-su technologicznego, czy wystarczy, że zapewnione jest określone mi-nimum objętości, czy może każde większe odchylenie od założonego poziomu będzie generować niepożą-dane straty.Na rynku dostępne są dwa typy czujników kontrolujących poziom – kontaktowe i bezkontaktowe. Ar-chaiczne i rzadko stosowane obecnie metody pomiaru poziomu realizowa-ne są za pomocą pływaka i ciężarka na lince. Ze względu na dużą niedo-kładność, metody te są wypierane przez nowsze – dokładniejsze. Pierwszą, używaną obecnie dosyć często, metodą pomiaru poziomu jest pomiar hydrostatyczny. Opiera się on na sprawdzaniu ciśnienia wytwa-rzanego przez słup cieczy. W ofercie firmy AP Automatyka dostępny jest przykładowy czujnik poziomu typu – 712 Huba Control. Charakteryzuje się on zintegrowanym czujnikiem tem-peratury, certyfikatem ATEX, różnymi zakresami pomiarowymi, które można dobrać według potrzeb oraz szerokim dozwolonym zakresem temperaturo-wym medium, którego poziom jest mierzony.Przykładami bezkontaktowych pomiarów poziomu są metody ultradźwiękowe oraz laserowe. W ta-kich przypadkach czujniki są umiesz-czane najczęściej nad mierzonym medium, a ich kontakt z medium jest możliwy tylko w przypadkach awaryjnych. Czujniki bezkontaktowe znajdują zastosowanie w aplikacjach, w których bezpośredni kontakt mie-rzonego medium z czujnikiem mógł-by powodować jego nieprawidłowe działanie. Przykładem takiej sytuacji jest pomiar poziomu cieczy lepkiej, która mogłaby potencjalnie oblepiać czujnik i powodować błędne wskaza-nia. Wadą takiej metody pomiaru jest możliwość błędnych wskazań w przy-padku materiałów sypkich. Wynika to z tego, że granica między stanem gazowym a sypkim materiałem nie stanowi powierzchni płaskiej, a więc pomiar będzie uzależniony od umiej-scowienia czujnika. Problem ten nie występuje w przypadku pomiaru po-ziomu cieczy, ponieważ powierzchnia styku stanu gazowego i ciekłego jest z założenia płaszczyzną poziomą. Przykładem bezkontaktowego czuj-nika ultradźwiękowego jest propono-wany przez firmę Emerson – czujnik poziomu Mobrey MSP900. Omawiany komponent wyposażono w sensor temperatury. Pozwala on na pomiar poziomu w zakresie do 12 m, a jego wysoką odporność na niekorzystne warunki środowiskowe zapewnia sto-pień ochrony IP68.Elektryczne metody pomiaru pozio-mu to przede wszystkim metoda rezy-stancyjna i pojemnościowa. Pierwsza z nich bazuje na wskazaniach sondy w postaci metalowego pręta, przez który płynie prąd, druga na badaniu zmiany pojemności między sondą po-miarową a ścianką zbiornika. Właściwości fizykochemiczne cieczyW przemyśle często istnieje koniecz-ność zbadania właściwości fizyko-REKLAMA1 G 6 (' -+34AUTOMATYKATEMAT NUMERUchemicznych używanej w procesie produkcyjnym cieczy. Najczęściej odnosi się to do wody i znajduje za-stosowanie w stacjach uzdatniania wody używanej na kolejnych etapach danego procesu technologicznego. Przykładowe właściwości, istotne w przypadku analizy cieczy to: war-tość pH, stopień mętności, przewod-ność, zawartość amoniaku, chloru czy bromu, stężenie tlenu, temperatura.Ciekawą propozycję z zakresu badania właściwości fizykoche-micznych cieczy prezentuje firma Jumo. Chodzi o inteligentny system komunikacji Jumo digiLine z magi-stralą przygotowaną do podłączenia cyfrowych czujników analizujących ciecz. Dzięki tej propozycji niezwykle proste staje się budowanie systemu analizującego ciecz. Czujniki kompa-tybilne ze wspomnianą magistralą wystarczy podpiąć do sieci i moż-na już korzystać z pełnego zakresu możliwości systemu. Zaletą oma-wianego rozwiązania jest szybkość i przejrzystość okablowania, nawet, gdy analizie podlega kilka parame-trów w różnych miejscach w tym sa-mym czasie. System kontroli Jumo DSM umożliwia cyfrowe zarządzanie czujnikami – dzięki oprogramowaniu na komputerze możliwe jest kalibro-wanie oraz kompleksowe zarządzanie punktami pomiarowymi.Z kolei firma Introl oferuje przemy-słowe mierniki fotometryczne, dzięki którym możliwe jest badanie stężenia zawiesin, mętności, barwy i absorpcji ultrafioletu. Zasada działania opiera się na prześwietlaniu strumienia ba-danej cieczy wiązką światła o okre-ślonej długości fali i wykorzystaniu zjawisk absorpcji oraz rozproszenia.GazyKolejną wielkością badaną w różnego rodzaju aplikacjach przemysłowych jest stężenie gazu. Miejscami, w któ-rych zastosowanie znajdują układy pomiarowe obecności i stężenia gazu są m.in. chłodnie i magazyny. Czujniki gazu typu DGS z oferty firmy Danfoss zapewniają automatyczny monito-ring w czasie rzeczywistym oraz szyb-ki czas reakcji na pojawienie się róż-nego rodzaju czynników związanych z obecnością gazów.Firma Wika oferuje monitoring gę-stości gazu. Nagły spadek wartości tej wielkości może świadczyć o awaryj-nym wycieku. Przykładem modelu, który zapewnia możliwość przepro-wadzenia takiego pomiaru, jest mo-del GDM-100-CV. Znajduje on zasto-sowanie w zamkniętych zbiornikach i jest wyposażony w zawór odcinający oraz przyłącze testowe. KomunikacjaWażnym aspektem, który należy po-ruszyć w przeglądzie czujników słu-żących do pomiaru wielkości nieelek-trycznych, jest ich komunikacja z pozostałymi elementami systemu automatyki.Jednym z przykładów magistrali do przesyłu danych jest szeregowa magistrala I2C. Jej idea opiera się na dwóch dwukierunkowych liniach SDA (Serial Data Line) oraz SCL (Se-rial Clock Line), czyli odpowiednio linii danych i linii zegara. Omawiana magistrala działa w oparciu o logikę dodatnią, a zmiana na linii danych jest możliwa tylko wtedy, gdy na linii zegara jest stan niski.Powszechnie stosowanym przykła-dem interfejsu komunikacyjnego jest 1-wire. Oczywiście jego nazwa wywo-dzi się od sposobu działania. Do ko-munikacji używana jest tylko jedna linia danych. Jak wybrać?Wszystkie przemysłowe urządzenia po-miarowe wielkości nieelektrycznych, niezależnie od mierzonej wielkości, muszą spełniać kryteria wyboru za-leżne od charakteru aplikacji, w której będą użyte. Istnieje kilka kryteriów wy-boru, na które należy zwrócić uwagę niezależnie od typu aplikacji. Jednym z nich jest stopień ochrony. Wpływa on znacząco na koszt urządzenia, ale w niektórych aplikacjach konieczne jest zastosowanie urządzeń z odpo-wiednio wysokim stopniem ochrony na wilgoć oraz zapylenie. Kolejnym ważnym aspektem podczas doboru odpowiedniego komponentu pomia-rowego jest jego sposób montażu. Tu znaczenie ma to, czy dany czujnik lub przetwornik jest przewidziany już na etapie projektu, czy może ko-nieczność jego montażu pojawiła się na etapie wdrażanie albo w trakcie eksploatacji lub rozbudowy systemu. Pożądany sposób montażu powinien umożliwiać stosunkowo łatwy dostęp podczas ewentualnych czynności ser-wisowych. Kolejnym ważnym aspek-tem, bez analizy którego nie da się dokonać dobrego wyboru urządzeń pomiarowych, jest określenie po-żądanej dokładności pomiaru oraz wskazanie koniecznego do obsłuże-nia zakresu pomiarowego. Im mniej-szy zakres pomiarowy, tym większa szansa na uzyskanie dokładniejszych pomiarów. Podczas doboru kompo-nentów pomiarowych warto również zwrócić uwagę, czy w danej aplikacji istnieje konieczność kompatybilności w zakresie komunikacji przemysłowej z innymi urządzeniami danego syste-mu automatyki. PodsumowanieNa rynku automatyki istnieje wiele firm zajmujących się produkcją oraz dystrybucją urządzeń pomiarowych. Dużą ich grupę stanowią kompo-nenty odpowiedzialne za pomiar wielkości nieelektrycznych. Najczę-ściej mierzonymi wielkościami fizycz-nymi w przemyśle są: temperatura, ciśnienie, wilgotność oraz przepływ. Komponenty służące do pomiaru tych wielkości znajdują zastosowa-nie praktycznie w każdym sektorze przemysłu. Ich głównym zadaniem jest kontrola stanów poszczególnych urządzeń i uczestnictwo w nadzorze nad przebiegiem procesów odbywa-jących się na danej linii produkcyjnej. Ogrom typów urządzeń pomiarowych w obrębie danych wielkości fizycz-nych wymusza na projektantach i integratorach systemów zautoma-tyzowanych zastanowienia się nad potrzebami oraz wadami i zaletami danych koncepcji i wybraniu opty-malnych dla danej aplikacji rozwią-zań pomiarowych. Agnieszka Staniszewska 6( =3978 36AUTOMATYKATEMAT NUMERUCzęść powstających produktów rozkładu gazu SF6 jest bardzo toksyczna. Ze względu na wła-ściwości żrące mogą one korozyjnie od-działywać na powierzchnie i materiały w komorach gazowych. Z tego względu należy unikać zanieczyszczeń, które po-wodują powstawanie produktów roz-kładu albo przynajmniej je ograniczać. Wilgotność a ciśnienieIm wyższe ciśnienie w zbiorniku gazu, tym większa bezwzględna ilość wilgo-ci w porównaniu ze stanem początko-wym. Wilgotność jest więc wartością zależną od ciśnienia, a zatem istotne jest dobre zrozumienie zakresu ciśnie-nia, w którym pomiar był dokonywa-ny. Z tego względu wilgotność jest mierzona pod ciśnieniem panującym wewnątrz komory lub standardowym ciśnieniem atmosferycznym (100 kPa absolutne). Pomiar wilgotności w stan-dardowym ciśnieniu atmosferycznym może być wykorzystany do porównania jakości gazów w stanie początkowym, jednak to pomiar punktu rosy/szronu pod ciśnieniem w komorze odzwiercie-dla rzeczywistą jakość gazu, w realnych warunkach otoczenia. Jest to szczegól-nie istotne dla pomiarów gazu w urzą-dzeniach wysokiego napięcia, gdzie ci-śnienie w komorze ma znacznie wyższą wartość niż ciśnienie atmosferyczne. Multianalizator WIKA, model GA11, pozwala na przełączanie jednostek pomiaru. W celu pomiaru punktu rosy/W analizie gazu SF6 ) )- ) ,0 # ' - , # A #A , ) 0 -)G J , A , H - 0 ) , - ,H G 3"-#A jest spowodowana przez nie-, ,! " -)H ,! " G 6 )H ) ,' ,G 0, , 0 ) , ,- ' , , - " ' , , 0 ' % 0' # G Pomiar jakościi wilgotności gazu SF6PROMOCJA2H ' , )H , % ,)H 0 ! " 2H ' , )H 0 ' ,G )! ,) 6 (' 0 4(LL' 0 ,H , ,0 %Manuel Micheler374/2019TEMAT NUMERUWIKA POLSKA Sp. z o.o. sp. k. G NQR LQR LVX' +& NZ [\ QL LQN=0 0G ] G0G , G, szronu względem ciśnienia w komorze należy wybrać °Ctdpr. Pomiar wzglę-dem ciśnienia atmosferycznego jest możliwy przy wybraniu jednostki °Ctd. W celu zlikwidowania wpływu ci-śnienia na wskazanie punktu rosy lub szronu zaleca się wyrażenie wilgotności w l/l (ppmv). Ponieważ należy unikać formowania się produktów rozkładu, trzeba dodatkowo wyróżnić układy z przełączaniem i bez. Komory nie-przełączające są mniej wrażliwe na for-mowanie się produktów rozkładu, ale nadal wymagają punktu rosy/szronu poniżej –5 °C dla ciśnienia w zbiorni-ku, aby zapewnić ponowną sublima-cję (lód nie przewodzi prądu). Maksy-malna dopuszczalna zawartość wody w komorach rozdzielczych jest okre-ślona przez producentów rozdzielnic, a wartości graniczne są ogólnie niższe. Wynika to z tego, że przełączanie po-woduje powstawanie łuku elektryczne-go, a ilość niepożądanych produktów rozkładu zależy bezpośrednio od ilości cząsteczek wody, które mogą uczestni-czyć w reakcji. Wpływ wilgoci na właściwości termofizyczneW przypadku gazów dominujący cha-rakter mają zjawiska adsorpcji, ab-sorpcji i desorpcji. Wynika to z dążenia do stanu równowagi zwanego ciśnie-niem pary nasyconej. Jeżeli powierzch-nie materiałów konstrukcji zbiorników gazu charakteryzują się znacznie więk-szą wilgotnością niż sam gaz, proces dążenia do równowagi spowoduje dalsze zwiększenie wilgotności gazu, co może mieć krytyczne znaczenie dla właściwości izolacyjnych medium. W warunkach stabilnej temperatury procesy adsorpcji i desorpcji się równo-ważą, jednak podwyższenie tempera-tury powoduje zwiększenie prędkości desorpcji, do momentu ponownego uzyskania równowagi. W związku z tym punkt rosy lub szronu dla gazu będzie wyższy. Obniżenie temperatury powo-duje zjawisko odwrotne. W praktyce pomiary mogą być wykonywane w niskiej temperaturze. Analiza gazu wykaże wówczas małą wilgotność. Po uzyskaniu wyższej temperatury zbiornika gazu poziom wilgotności wzrośnie, co może prowa-dzić do błędnej interpretacji wyników pomiaru. Jeszcze inne problemy pomiarowe występują podczas badania komór gazowych z różnymi konfiguracja-mi połączeń rurowych. Długość rur ma kluczowe znaczenie dla pomiaru. Po pierwsze, niektóre analizatory nie pozwalają użytkownikowi zmieniać czasu trwania pomiaru. Powodu-je to uzyskanie wskazania znacznie lepszej jakości, co jest oczywiste, gdyż większość gazu pobrana została z układu rur. Ponieważ rury są wykona-ne przede wszystkim z miedzi lub stali nierdzewnej, jakość znajdującego się w nich gazu będzie prawdopodobnie lepsza niż w zbiornikach wykonanych z odlewów aluminiowych lub z izola-cją z żywicy epoksydowej – ze wzglę-du na właściwości absorpcji, adsorpcji i desorpcji tych materiałów. Po drugie, dodatkowe błędy pomiaru powstają, gdy operatorzy przeprowadzają pro-ces pompowania wstecznego zaraz po pomiarze. Każdy układ pomiaro-wy powoduje niewielkie zwiększenie wilgotności gazu, na co wpływają również zjawiska fizyczne wynikają-ce ze sprężania i rozprężania gazu. W komorach gazowych zwiększenie to można zignorować ze względu na to, że w procesie pomiaru pobie-rana jest niewielka ilość gazu. Jeżeli jednak po pierwszym pomiarze ten sam gaz jest pobierany z orurowania, przyrząd pomiarowy wskaże wyższą wartość wilgotności. Manuel Micheler 6 ( ( & ; * 2G 4 J0 # H 0, H 0 H , J ! # ! ,0, 1 G 6 (38AUTOMATYKAPRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURYDo czujników wykorzystywanych do śledzenia położenia ele-mentów systemów automaty-ki i części maszyn zalicza się enkodery obrotowe, czujniki liniowe i inklino-metry. Ze względu na zasadę działa-nia znajdziemy tu zarówno enkodery optyczne, magnetyczne, jak i pojem-nościowe oraz przetworniki indukcyjne nazywane też resolwerami. Najbardziej popularną grupą czujników pozycjonu-jących są. oczywiście enkodery abso-lutne i inkrementalne. Jak wspomniano, enkoder to urzą-dzenie przetwarzające przesunięcie i/lub pozycję kątową mierzonego przed-miotu lub części maszyny na sygnał elektryczny bądź cyfrowy. Enkodery stosuje się przede wszystkim we wszel-kiego rodzaju maszynach i liniach pro-dukcyjnych, gdzie odpowiadają za pre-cyzyjne pomiary prędkości, odległości, przesunięcia, bądź też przebytej drogi przez obrabiany przedmiot, część ma-szyny bądź element wykonawczy. Dzię-ki enkoderom, z bardzo dużą dokład-nością – sięgającą często setnych lub tysięcznych części milimetra – wiado-mo, o ile obrócił się lub przesunął dany element lub też jaką drogę pokonał.Resolwer, czyli trochę historiiResolwery, określane też mianem trans-formatorów położenia kątowego, uży-wane są w przemyśle od lat 40. XX wieku. Przetwornik ten służy do pomiaru kąta obrotu i swoją budową przypomina sil-nik elektryczny. W stojanie znajdują się dwa jednakowe uzwojenia wtórne usta-wione względem siebie pod kątem pro-stym, a w wirniku jest jedno uzwojenie pierwotne, z którego odczytywany jest sygnał. Do wirnika doprowadzane jest przemienne napięcie odniesienia Uod o stałej częstotliwości. Uzwojenia wtór-ne stojana Us i Uc dostarczają napięć róż-niących się fazą o 90°, odpowiednio Us = Uod sin i Uc = Uod cos , gdzie jest ką-tem, o jaki obrócił się wirnik resolwera. Ponieważ każdemu kątowi, o jaki obrócił się wał, przypisana jest jedno-znaczna para wartości sinusa i kosinusa kąta , a co za tym idzie para wartości napięć, to na podstawie pomiarów na-pięcia Us i Uc na uzwojeniach stojana, w prosty sposób można już wyzna-czyć pozycję kątową o jaką przesunął się wał wirnika. Co więcej, resolwer w przypadku obrotu o 360° lub jego wielokrotności dostarcza zawsze infor-macji o bezwzględnej pozycji wirnika, co jest jedną z zasadniczych zalet tego typu przetworników w porównaniu np. do enkoderów inkrementalnych.Oczywiście, w przypadku resolwerów na wyjściu mamy do czynienia z sygna-łem analogowy. W dzisiejszych syste-mach sterowania sygnał ten wymaga więc transformacji do postaci cyfrowej, za co odpowiada moduł przetworni-ka R/D (resolver to digital), który jest po prostu specjalizowanym układem scalonym. Od jego dokładności, często-tliwości próbkowania (zwykle 20 kHz) oraz tzw. rozdzielczości binarnej zależy rozdzielczość, czyli dokładność pomiaru położenia kątowego, która wyrażana jest najczęściej w impulsach przypadających na jeden obrót, dla całego układu oma-wianego przetwornika położenia. Warto zauważyć, że dostępne w sprzedaży ukła-dy scalone przetworników R/D, np. Ana-log Device z serii AD2S12xx charakteryzują się rozdzielczością bitową od 10 do 16 bi-tów, rzadziej do 24 lub 32 bitów, która jest wystarczająca do większości zastosowań przemysłowych.W przetwornikach R/D powszechnie wykorzystuje się tzw. metodę śledzenia W wielu aplikacjach automaty- ,0)' - %0 !# 0 % "! ) precyzyjna informacja o ich , G - )) H H , , ' , )H % 0%- " +' -korzystywany jest w procesach GPrzetworniki położenia 394/2019PRZEGLĄD SPRZĘTU I APARATURY DZIĘKI ENKODEROM, Z BARDZO DUŻĄ DOKŁADNOŚCIĄ – SIĘGAJĄCĄ CZĘSTO SETNYCH LUB TYSIĘCZNYCH CZĘŚCI MILIMETRA – WIADOMO, O ILE OBRÓCIŁ SIĘ LUB PRZESUNĄŁ DANY ELEMENT LUB TEŻ JAKĄ DROGĘ POKONAŁ.kąta bazującą na trygonometrycznej zależności: sin( ‒ )=sin × cos ‒ cos × sin , gdzie , podobnie jak poprzed-nio, to kąt wyjściowy nachylenia (obro-tu) wału, zaś jest wartością przesunię-cia kątowego, która wynika z podanego napięcia odniesienia Uod. Jeżeli różnica między kątami ‒ jest odpowiednio mała, można przyjąć, że sin( ‒ ) = ‒ [1]. Układ R/D śledzi wartość kąta po-równując go ze wstępnie założoną war-tością kąta . Oba sygnały wyjściowe resolwera, które są proporcjonalne do sinusa i kosinusa kąta , są mnożo-ne przez odpowiednie wartości funkcji kąta . Następnie obliczana jest różni-ca sygnałów. Wynikiem demodulacji sygnału jest sygnał proporcjonalny do różnicy ‒ . W zależności od tej wartości, kąt , którego wartość jest przechowywana w rejestrach układu scalonego, jest zwiększany lub zmniej-szany, aż do chwili, gdy różnica ‒ zo-stanie wyzerowana – oczywiście przy założonej częstotliwości próbkowania przetwornika R/D – i w ten sposób uzy-skuje się zdigitalizowaną wartość kąta obrotu wałka resolwera [1]. Pomiary inkrementalne i absolutneKolejną grupą przetworników położe-nia są enkodery. Podobnie jak resol-wer, enkoder to urządzenie przetwa-rzające pozycję kątową i przesunięcie mierzonego elementu na sygnał elek-tryczny. Enkodery można bez proble-mu stosować do precyzyjnego pomia-ru prędkości, odległości, przesunięcia czy przebytej drogi. Pozwalają z bardzo dużą dokładnością wyznaczyć, o ile ob-rócił się dany element lub jaką drogę pokonał. Enkodery ze względu na sposób pomiaru dzieli się na enkodery inkre-mentalne czyli przyrostowe i enkode-ry absolutne. Enkodery inkrementalne mogą określić prędkość kątową oraz kierunki ruchu. Mogą także wyznaczyć względną pozycję, czyli różnicę mię-dzy dwoma wartościami kąta obro-tu – początkową i końcową. Enkoder inkrementalny generuje na wyjściu sygnał impulsowy, a każdemu prze-sunięciu kątowemu przyporządko-wana jest konkretna liczba impulsów wyjściowych. Co ważne, enkoder in-krementalny generuje podczas pracy dwa sygnały, z czego jeden z nich jest przesunięty względem drugiego w fa-zie o 90°. Pozwala to na jednoznaczne określenie kierunku obrotu lub przesu-nięcia mierzonego elementu.Istotnym parametrem enkodera jest jego rozdzielczość. Wartość tę podaje się na ogół w formie liczby impulsów przypadających na pełen obrót en-kodera, na podstawie której wyliczyć można dokładność kątową pomiaru, a w przypadku zastosowania przekład-ni, dokładność liniową. Im większa jest ta wartość, tym dokładniej można określić pozycję obracanego lub prze-suwanego elementu. Co ważne, enkoder inkrementalny nie pamięta aktualnego położenia mierzonego obiektu. Generuje on je-dynie impulsy, które na wyjściu zlicza licznik, który informuje o wykonanym przez podłączony do enkodera układ wykonawczy przesunięciu względnym Oczywiście liczonym względem pier-wotnego położenia. Szybkość gene-rowanych przez enkoder impulsów świadczy o szybkości przemieszczania się mierzonego elementu. Dodajemy obrótW tym miejscu warto wspomnieć, że w niektórych modelach enkode-rów inkrementalnych dostępny jest trzeci kanał pomiarowy – tzw. kanał „Z”. Po każdym obrocie wału, a więc po przepełnieniu stosu licznika wyni-kającego z rozdzielczości enkodera, na kanale „Z” pojawia się logiczna „1”. Pozwala to na zachowanie punktu re-ferencyjnego w tym samym miejscu (w enkoderach optycznych, często punkt referencyjny jest ustawiany rów-nież za pomocą dodatkowego fotoele-mentu) lub na zliczanie liczby pełnych obrotów. Niemniej, w chwili odłączenia zasilania, wszystkie informacje z enko-dera są tracone. Co więcej, w chwili ponownego włączenia zasilania nie jest znane bezwzględne położenie, do momentu, gdy enkoder ponownie „przejdzie” przez pozycję odniesienia. Enkoder absolutny, to enkoder generujący na wyjściu sygnał kodowy, gdzie każdemu kątowi obrotu odpo-wiada konkretna wartość kodowa na wyjściu enkodera. W starszej gene-racji enkoderów stosowano tarcze lub liniały kodowe, które w nowoczesnych systemach coraz częściej zastępowa-ne są elektroniką sterującą zbierają-cą dane w nieulotnej pamięci flash. Enkoder absolutny pozwala w sposób ścisły, z dokładnością do setnych czę-ści milimetra, określić aktualną pozy-cję elementy wykonawczego, nawet po wyłączeniu zasilania. Enkodery absolutne dzieli się na jednoobrotowe i wieloobrotowe. Jednoobrotowe rozróżniają pozycje tylko w ramach jednego obrotu, enko-dery wieloobrotowe generują sygnał wyjściowy informujący zarówno o po-zycji kątowej jak również i o liczbie wy-konanych obrotów.Enkodery magnetyczneZe względu na zasadę działania en-kodery podzielić można na enkodery magnetyczne i optyczne. Enkodery ma-gnetyczne mierzą pozycję kątową przy wykorzystaniu technologii czujników pola magnetycznego. Jeden lub klika magnesów trwałych przymocowanych jest do wału enkodera i wytwarza pole magnetyczne, które jest wykrywane przez czujnik. W efekcie czujnik ten roz-poznaje pozycję kątową, jaką przyjął wał enkodera. Next >