Czujniki pomiarowe, niezależnie od typu, wymagają okresowej kontroli i kalibracji. Do tego celu wykorzystuje się dodatkowe, zewnętrzne urządzenia, będące wzorcem miary.
Systemy pomiarowe zaimplementowane w procesie produkcyjnym dają możliwość monitorowania, kontroli i automatyzacji działań związanych z wytwarzaniem gotowego produktu. Są one również wskaźnikiem efektywności oraz wydajności procesu produkcyjnego.
Istota kalibracji
Czujniki pomiarowe powinny być okresowo kontrolowane i kalibrowane. W procesach produkcyjnych kalibracja czujników pomiarowych wiąże się najczęściej z ustaleniem odchyłki pomiaru między odczytem a prawidłową wartością pomiaru. W przypadku występowania różnic w odczytach dokonywana jest regulacja mająca na celu dopasowanie przyrządu pomiarowego do takiego stanu, w którym wielkości odchyleń nie będą przekraczały wartości zawartych w standardach i normach (rys. 1).
Systemy pomiarowe w procesie produkcyjnym często są włączane w system zarządzania jakością według ISO 9001. W punkcie 7.6 tej normy mowa jest o nadzorze nad sprzętem do pomiarów i monitorowania, którego stosowanie ma zapewnić prawidłowy przebieg procesu produkcyjnego i wysoką wiarygodność pomiarów.
Do najczęściej mierzonych wielkości w aplikacjach przemysłowych należą:
-> temperatura,
-> ciśnienie,
-> przepływ,
-> częstotliwość,
-> pH.
Usuwanie usterek analogowych pętli 420 mA
Czujniki pomiarowe najczęściej są wyposażone w dwuprzewodowe transmitery, które konwertują wielkość pomiaru na analogowy sygnał 420 mA. Jest on następnie wykorzystywany w rejestratorach danych, sterownikach, modułach wejść/wyjść czy modułach przetwarzania sygnałów współpracujących z wyświetlaczami, w których zaimplementowane algorytmy i tabele parametryczne pozwalają na przeliczenie sygnału prądowego na właściwą wielkość fizyczną.
Pętle prądowe 420 mA pomimo swojej nieskomplikowanej budowy nie pozostają wolne od błędów i usterek. Do najczęstszych problemów należą: uszkodzenia okablowania, niewłaściwe połączenia lub korozja i zanieczyszczenie elementów złącznych. Za błędy w odczycie mogą również odpowiadać problemy ze źródłem zasilania 24 V lub uszkodzenie elektroniki transmitera.
Do lokalizacji i usuwania usterek analogowych pętli 420 mA warto wykorzystać przyrząd, który poza funkcjami pomiarowymi pozwoli również na zasilanie i symulację pętli prądowych. Przykładowo można zastosować dostępne na rynku mierniki przemysłowe, które oferują możliwość pomiaru i zasilenia pętli źródłem 24 V oraz pomiaru i zasilenia źródłem prądowym 420 mA. Pomiar prądu w tym wypadku jest możliwy podczas rozwarcia pętli i połączenia miernika szeregowo odpowiednimi zaciskami. Tego typu pomiar w wielu procesach produkcyjnych może być bardzo uciążliwy ze względu na konieczność powiadomienia dyspozytora w nastawni, przełączenia procesu produkcyjnego na system redundantny, co niejednokrotnie oznacza wielogodzinne oczekiwanie na możliwość dokonania kilkusekundowego pomiaru.
Alternatywą dla tej metody jest wykorzystanie cęgowych mierników pętli 420 mA. Cęga z czujnikiem hallotronowym, w której wykorzystano pomiar 4-przewodowy, pozwala na pomiar bardzo małych wartości natężenia prądu.
Charakterystyka konwersji – korygowanie błędów przetwarzania
Wykorzystując konwertery 420 mA, na ogół oczekuje się liniowej charakterystyki konwersji mierzonej wartości na sygnał prądowy, która może być opisana prostym wyrażeniem matematycznym y=ax. W praktyce charakterystyka obarczona jest kilkoma błędami przetwarzania, do których należą błędy:
-> zera,
-> czułości,
-> nieliniowości,
-> histerezy,
-> kwantowania.
Najczęściej kilka typów błędów wzajemnie oddziałuje na charakterystykę przetwarzania transmitera (rys. 2).
Przy uwzględnieniu błędu zera oraz błędu nieliniowości równanie przyjmie postać:
y = ax+b,
gdzie:
a – błąd nieliniowości,
b – błąd zera.
Równanie to można zapisać również w następującej postaci:
Wyjście [mA] = a (błąd nieliniowości)
* Wejście [°C] + b (błąd zera)
Błąd zera i błąd nieliniowości mogą zostać skorygowane poprzez regulację elementów złącznych znajdujących się na płycie czołowej transmitera (rys. 2).
Autor: Karol Bielecki pełni funkcję Technical Sales Managera CEE w firmie FLUKE.
Tekst pochodzi z nr 4/2017 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
