Aktuální vydání

celé číslo

01

2020

Operátorské panely, HMI, SCADA

celé číslo

Převodníky tlaku a diferenčního tlaku Contrans P

Automa 4/2000

(Bk)

Převodníky tlaku a diferenčního tlaku Contrans P

Obr. 1.

Tlak je jednou z nejčastěji měřených veličin v automatizační technice. Snímače a převodníky tlaku na český trh dodává mnoho domácích i zahraničních firem. Jen málokterá se ale může pochlubit takovým technickým a obchodním zázemím jako ABB Energo s. r. o. V tomto článku čtenářům představíme sortiment převodníků tlaku Contrans P. Mnozí uživatelé tyto snímače znají ze sortimentu firmy Elsag Bailey. Není to žádný omyl: firma EB Hartmann & Braun je od roku 1999 součástí ABB.

Převodníky tlaku Contrans P jsou určeny pro měření absolutního i diferenčního tlaku a přetlaku par, plynů a kapalin. Teplota měřeného média může být od –50 °C do +400 °C. Měřicí rozsah je podle typu snímače od 50 Pa do 60 MPa. Převodníky je možné přetížit až desetinásobkem měřicího rozsahu, aniž by to mělo vliv na jejich funkci a přesnost. Výstup je analogový 0 nebo 4 až 20 mA, zapojení může být dvojvodičové nebo čtyřvodičové. Snímače lze napájet stejnosměrným nebo střídavým napětím 12 až 230 V. Dodávají se i varianty pro prostředí s nebezpečím výbuchu. Krytí přístrojů je IP65 nebo IP67. Možnost komunikovat s převodníkem protokolem HART nachází v systémech decentralizované automatizace stále širší uplatnění. Prostřednictvím tohoto protokolu lze nastavit parametry snímačů. K tomu jsou určeny programy IBIS-E a SMART Vision. Parametry je možné nastavit i pomocí ručního komunikátoru, jak je to u protokolu HART běžné. Lze je nastavit i místně, přímo na přístroji. V převodníku může být zabudován PID regulátor, takže celý přístroj může jako součást decentralizovaného automatizačního systému plnit určité úlohy samostatně, bez komunikace s nadřízenou jednotkou.

Převodníky obsahují kapacitní, indukční nebo piezorezistivní senzory. K procesu mohou být snímače připojeny pomocí standardních přírub nebo závitových spojení. Pro média o vysoké teplotě, chemicky agresivní média, popř. média s velkou viskozitou lze převodníky doplnit oddělovací membránou. Mnohé typy převodníků mají certifikaci pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu, v radioaktivních provozech, v potravinářství a farmacii a v jiných náročných provozech.

Podívejme se nyní blíže na jednotlivé typy převodníků.

Obr. 2.

Převodníky AMD 200, 220, 210 a 230
Převodníky AMD 200 a AMD 220 jsou určeny pro měření přetlaku plynů, par a kapalin v rozsahu 0,5 kPa až 60 MPa. U typu AMD 220 působí tlak přímo na keramickou membránu z Al2O3. U typu AMD 200 nepůsobí tlak měřeného média na měřicí membránu přímo. Mezi měřicí membránou a prostředím je oddělovací membrána z materiálu Hastelloy C. Tlak je na měřicí membránu přenášen kapalinovou náplní izolační komory.

Rozsah pracovních teplot převodníku AMD 200 je –40 až +80 °C. U některých speciálních provedení však může být rozsah pracovních teplot omezen, např. u AMD 220 může být omezujícím faktorem materiál těsnicího kroužku (perfluoroelastomer nelze použít pro teploty pod –15 °C, viton pod –20 °C). U AMD 200 je omezujícím činitelem náplň měřicí komůrky. Například fluorované uhlovodíky, které se v některých aplikacích využívají místo běžně používaného silikonového oleje, lze upotřebit od –20 °C do +80 °C.

Co se týče přesnosti, dosahuje tento převodník následujících hodnot:

  • celková odchylka charakteristiky (včetně hystereze a necitlivosti) 0,2 %,
  • hystereze 0,1 % (celkovou odchylku charakteristiky a hysterezi při rozsahu menším než 10 mbar je třeba vynásobit koeficientem 1,5)
  • pásmo necitlivosti 0,02 %,
  • vliv okolní teploty na nulu 0,2 %·K-1 (v rozsahu –10 až +60 °C),
  • vliv okolní teploty na měřicí rozsah 0,15 %·K-1 (v rozsahu –10 až +60 °C),
  • vliv napájecího napětí 0,005 %·V-1,
  • časový drift 0,3 % za 6 měsíců,
  • doba náběhu (podle DIN 16 086) 0,3 s,
  • přídavná nastavitelná časová konstanta 0 až 6,6 s.

Obr. 3.

Tyto převodníky nemají vlastní displej a nemají jiný než analogový proudový výstup.

Převodníky AMD 210 a AMD 230 jsou obdobou převodníků AMD 200 a AMD 220, ale jsou určeny k měření absolutního tlaku. Jejich konstrukce, přesnost i komunikační možnosti jsou stejné jako u předcházejících typů.

Inteligentní převodníky ASK 810/800 a ASD 810/800
Převodníky ASK 810 a ASD 810 pro měření absolutního tlaku mají na rozdíl od již uvedených převodníků AMD množství funkcí navíc. Navzájem se tyto dva typy liší určením, velikostí a rozsahem: převodník absolutního tlaku ASD 810 lze použít v rozsahu 0,2 kPa až 1,6 MPa, jeho větší obdobu ASK 810 od 2 kPa do 4 MPa.

Díky vestavěné desce elektroniky mohou převodníky komunikovat nejen prostřednictvím analogového proudového signálu, ale i protokolem HART. Tento protokol umožňuje nastavovat parametry a konfigurovat převodníky, a to i na dálku, buď přímo z řídicího systému, nebo prostřednictvím komunikátoru či notebooku, který se připojí na dvojvodičový kabel kdekoliv na jeho trase. Protokol HART také standardně umožňuje převodníky automaticky testovat a diagnostikovat.

Na převodníku lze konfigurovat začátek a konec měřicího rozsahu, tlumení a převodní charakteristiku, která může být buď lineární, nebo volně programovatelná. V elektronice je vestavěn i PID regulátor. Rovněž jeho parametry je možné nastavovat pomocí protokolu HART. Samozřejmostí je záznam měřených hodnot a překročení nastavených mezí. Všechny nastavené parametry jsou uloženy v paměti přístroje a zůstávají zachovány i při výpadku napájení nebo odpojení snímače.

Převodník je vybaven displejem, který může zobrazovat tlak přímo v jeho fyzikálních jednotkách nebo v procentech rozsahu nebo výstupní proud. Zobrazovat lze také teplotu.

Obdobou převodníku absolutního tlaku ASD 810 pro měření přetlaku je převodník ASD 800 (rozsah 0,2 kPa až 60 MPa).

Obr. 4.

Převodník ASK 800, obdoba ASK 810, je inteligentní převodník s rozsahem 0,2 kPa až 4 MPa, určený pro měření diferenčního tlaku, průtoku a hladiny. Stejně jako u ASK 810 je možné volně programovat jeho převodní charakteristiku a použít jej např. s odmocninovou charakteristikou přímo k měření průtoku na škrticím orgánu.

Oddělovací membrány
Uživatel je často postaven před problém měřit tlak média, které má vysokou teplotu, je chemicky agresivní, má velkou viskozitu nebo snadno polymerizuje. V takových případech je nutné použít taková opatření, která oddělí médium od vlastního tlakoměru. Oddělení se obvykle realizuje oddělovací membránou. Za ní je prostor vyplněný vhodnou kapalinou. Konstrukční provedení oddělení se liší podle jeho účelu. Někdy bývá oddělovací membrána bezprostřední součástí převodníku, jindy je s převodníkem spojena kapilárou. Používají se různé druhy materiálů oddělovacích membrán (korozivzdorná ocel, Hastelloy, Monel, tantal) i různé kapalinové náplně (silikonový olej, fluorované uhlovodíky, destilovaná voda, rostlinný olej apod.). Spojovací kapilára může mít délku až 16 m. Konkrétní provedení se volí podle požadavků aplikace. Jiný typ je vhodný např. do korozivního prostředí, jiný do farmaceutických nebo potravinářských zařízení.

Tab. 1. Přehled převodníků Contrans P

Typ Použití Rozsah Charakteristika Výstup Integ. PID reg.
ASK 800 diferenční tlak, průtok a hladina 0,2 kPa až 4 MPa lineární, odmocninová nebo volně programovatelná (20 bodů) 4 až 20 mA, HART ano
ASK 810 absolutní tlak 2 kPa až 4 MPa lineární nebo volně programovatelná (20 bodů) 4 až 20 mA, HART ano
ASD 800 přetlak 0,2 kPa až 60 MPa lineární nebo volně programovatelná (20 bodů) 4 až 20 mA, HART ano
ASD 810 absolutní tlak 0,2 kPa až 1,6 MPa lineární nebo volně programovatelná (20 bodů) 4 až 20 mA, HART ano
AMD 200 (*1) přetlak 0,5 kPa až 60 MPa lineární 4 až 20 mA ne
AMD 220 (*2) přetlak 0,5 kPa až 60 MPa lineární 4 až 20 mA ne
AMD 210 (*1) absolutní tlak 0,5 kPa až 25 MPa lineární 4 až 20 mA ne
AMD 230 (*2) absolutní tlak 0,5 kPa až 25 MPa lineární 4 až 20 mA ne
ASA 800 diferenční tlak, průtok 50 Pa až 1 kPa lineární, odmocninová nebo volně programovatelná (20 bodů) 4 až 20 mA, HART ano
ASL 800 měření tlaku kapalin, hladinoměry 0,2 kPa až 1,6 MPa lineární, pro měření v otevřeném kanále, pro měření hladiny s kompenzací teplotních změn hustoty, nebo volně programovatelná 4 až 20 mA, HART ano
Pozn.: *1 - s oddělovací membránou, *2 - bez oddělovací membrány

Komunikace prostřednictvím protokolu HART
Všechny převodníky Contrans P mají výstup 4 až 20 mA. Mnohé z nich však komunikují také protokolem HART. Pro převod protokolu HART na RS-232 C a pro připojení počítače je určen modem pro digitální komunikaci FSK. Tento modem je možné použít pro jakýkoliv převodník s komunikací HART, tedy nejen pro převodníky tlaku. Krytí modemu je IP40 a modem lze připojit i na jiskrově bezpečný obvod. Na připojeném počítači nebo notebooku lze převodníky konfigurovat např. pomocí softwaru IBIS. To je jednoduchý obslužný software pro všechny převodníky s komunikací HART od firmy ABB. Umožňuje převodníky nejen konfigurovat, ale také testovat jejich funkci, zaznamenávat hodnoty nebo překročení zadaných limitů.

Vývoj decentralizovaných automatizačních systémů s sebou přináší další požadavky na rozšiřování komunikačních schopností převodníků. Rozvíjí se proto i možnost připojit převodníky na průmyslové sběrnice, např. Profibus PA a Foundation Fieldbus.

ABB Energo s. r. o.
Sokolovská 84-86
186 00 Praha 8
tel. 2283 2327, 2283 2328