3. Stopień ochrony obudowy i wpływ oddziaływania środowiska

Przetworniki pomiarowe pracują niejednokrotnie w bardzo ciężkich warunkach, jak np. na statkach, w kopalniach, szybach wiertniczych, w zakładach chemicznych itp. Muszą, spełniać szereg warunków, aby być dopuszczonym do pracy w tak ciężkich warunkach. Opracowano szereg norm, które przetworniki pomiarowe muszą spełniać, poddawane są badaniom:

• wpływu narażeń mechanicznych; odporność na udary i wibracje.

• odporności i wytrzymałości na wpływy klimatyczne; wpływu suchego gorąca i zimna, wilgotnego gorąca stałego i gorąca cyklicznego (ze względu na możliwość skraplania się wilgoci, nawet w zupełnie szczelnej obudowie).

• wpływu zakłóceń elektromagnetycznych (tzw. kompatybilność elektromagnetyczna urządzeń).

Przyrządy pomiarowe posiadają różne konstrukcje ich obudowy. Jednak ze względu na konieczność ochrony ludzi przed dostępem do niebezpiecznych wnętrz obudowy, przed przedostawaniem się ciał stałych lub wody do wnętrza obudowy określono stopień ich ochrony tzw. kod IP (Ingress Protection) znormalizowany w skali międzynarodowej. Oznaczenie składa się z liter IP oraz dwóch cyfr, których znaczenie podano w poniższej tabeli.

Cyfra kodu	Znaczenie pierwszej cyfry (ochrona przed obcymi ciałami stałymi)	Znaczenie drugiej cyfry (ochrona przed wodą)
0	Brak ochrony	Brak ochrony
1	Ochrona przed ciałami stałymi o średnicy ≥ 50 mm	Ochrona przed pionowo padającymi kroplami
2	Ochrona przed ciałami stałymi o średnicy ≥ 12.5 mm	Ochrona przed pionowo padającymi pod kątem do 15^0 od pionu
3	Ochrona przed ciałami stałymi o średnicy ≥ 2.5 mm	Ochrona przed natryskiwaniem wodą (pod kątem do 60^0 od pionu)
4	Ochrona przed ciałami stałymi o średnicy ≥ 1.0 mm	Ochrona przed bryzgami ( z dowolnego kierunku)
5	Ochrona przed pyłem (może wnikać, ale w ilości niezakłócającej działania urządzenia)	Ochrona przed strugą ( z dowolnego kierunku)
6	Ochrona pyłoszczelna (pył w ogóle nie może wnikać)	Ochrona przed silną strugą ( z dowolnego kierunku)
7	-	Ochrona przed skutkami krótkotrwałego zanurzenia w wodzie
8	-	Ochrona przed skutkami ciągłego zanurzenia w wodzie

Najniższy stopień ochrony ma obudowa oznaczona kodem IP00, najwyższy IP68. Obudowy stosowane w układach regulacji posiadają najczęściej stopień ochrony IP65.

4. Wymagania w strefach zagrożonych wybuchem

W niektórych dziedzinach przemysłu mogą występować wybuchowe mieszaniny par i gazów, a także pyłów. Stosowana w strefach zagrożonych wybuchem aparatura pomiarowa i sterująca powinna mieć świadectwo i cechę dopuszczającą do stosowania w tych warunkach.

Urządzenia w wersji iskrobezpiecznej są oznaczone cechą np.

[EEx i_a] IIC T4.

Cecha ta składa się zawsze z liter Ex oraz innych towarzyszących symboli. Litera E przed symbolem Ex oznacza, że urządzenie jest certyfikowane zgodnie z normami CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization).

Oznaczenia bezpośrednio za symbolem Ex mówią o sposobie realizacji ochrony przed wybuchem, i tak: o – zanurzenie w oleju, p – doprowadzenie pod ciśnieniem gazu obojętnego, q – wypełnienie proszkiem, d – specjalna konstrukcja obudowy, i_a lub i_b – budowa iskrobezpieczna.

Ujęcie pierwszej części cechy w nawiasy kwadratowe oznacza przyrząd przeznaczony do pracy w strefie bezpiecznej, ale współpracujący z przyrządem zainstalowanym w strefie zagrożonej wybuchem (dalsze symbole wówczas nie występują).

Kolejne symbole IIA, IIB, IIC oznaczają maksymalną energię, która może wydzielić się w urządzeniu w przypadku awarii. Symbol ten związany jest z minimalną energią zdolną wywołać eksplozję danej mieszanki wybuchowej. Wartości tej energii i przykłady gazów podano w tabeli:

Cecha urządzenia przeznaczonego do pracy w strefie zagrożonej wybuchem, część oznaczenia związana z minimalną energią zapłonu mieszaniny

Typowe rodzaje gazów	Oznaczenie	Minimalna energia zapłonu μJ
Wodór, acetylen	IIC	20
Etylen	IIB	60
Propan	IIA	180

Ostatni symbol T wraz z cyfrą od 1 do 6 oznacza maksymalną temperaturę, do której w stanach awaryjnych może rozgrzać się przyrząd lub jego element. Maksymalne wartości temperatury dla poszczególnych oznaczeń przedstawiono w tabeli:

Cecha urządzenia przeznaczonego do pracy w strefie zagrożonej wybuchem, część oznaczenia związana z maksymalną temperaturą

Oznaczenie	Maksymalna temperatura powierzchni (^0C)
T1	85
T2	100
T3	135
T4	200
T5	300
T6	450

5. Oznaczenia aparatury pomiarowej i sygnały standardowe

Przyrząd pomiarowy oznaczony jest kółkiem o średnicy min. 10 mm, połączony cienką linią (prostopadle) z linią technologiczną. Zdalny przyrząd pomiarowy ma dodatkowo narysowaną poziomą linię na średnicy okręgu (pojedynczą lub podwójną).

Przykładowo firma MANB&W w swojej dokumentacji stosuje oznaczenia:

lokalne urządzenie pomiarowe

urządzenie pomiarowe z odczytem na panelu przysilnikowym

urządzenie pomiarowe wykorzystywane w układzie zdalnego sterowania

Linie sygnałowe oznaczone są linią cienką ciągłą, która może być przekreślona równomiernie kreskami pod katem 60⁰. Kierunek przesyłania sygnału mogą pokazywać strzałki.

Co oznaczają symbole zawarte w kółkach np. LIAHL

Wewnątrz kółka znajduje się symbol literowy, którego pierwsza litera oznacza wielkość mierzoną (sterowaną) wybraną wg kolumny 2 poniższej tabeli. W kolumnie 3 są oznaczenia uzupełniające wielkość mierzoną, a w kolumnie 4 oznaczenia określające funkcję przyrządu, przy czym powinny one być umieszczone w kolejności: I, R, C, T, Q, S, Z, A. W dolnej części kółka można podać numer punktu pomiarowego.

Oznaczenia literowe urządzeń pomiarowych automatyki wg normy PN/M-42007/01:1989 (równoważne ISO 3511)

Litera	Wielkość mierzona lub/i sterowana lub rodzaj sterowania	Funkcje wykonywane (następne litery)
	Oznaczenie podstawowe (pierwsza litera)	Oznaczenie uzupełniające (druga litera)
1	2	3
A
B
C
D	Gęstość, masa właściwa	Różnica
E	Wielkości elektryczne
F	Strumień płynu	Iloraz
G	Wymiar, położenie
H	Sterowanie ręczne
I
J		Komutacja
K	Czas, program
L	Poziom
M	Wilgotność bezwzględna lub względna
N	Litera rezerwowa
O	Litera rezerwowa
P	Ciśnienie, próżnia
Q	Jakość i parametry środowiska Np. pH	Całkowanie lub zliczanie
R	Radioaktywność
S	Prędkość lub częstotliwość
T	Temperatura
U	Wielkość wielu zmiennych
V	Lepkość
W	Siła lub masa
X	Inne parametry
Y	Przelicznik, komputer
Z

Przykładowy schemat systemu automatyki z punktami pomiarowymi przedstawia rys.2

Rys.2. Schemat systemu pomiarowego; PI – lokalny ciśnieniomierz, PR – rejestrator ciśnienia; PT – przetwornik ciśnienia, FCV – zawór regulacyjny przepływu, TE – czujnik temperatury (np. Pt100 lub termoelement), TT – przetwornik temperatury, TR – rejestrator temperatury, FE – czujnik przepływomierza (turbinowego), FT – przetwornik przepływu, PDIS1, PDIS2 – czujniki różnicy ciśnień ze wskazaniem lokalnym i stykami elektrycznymi sygnalizującymi osiągnięcie nastawionej wartości

Najczęściej, w układach automatyki, stosuje się następujące skróty:

A - Alarm	alarm
C – Control	sterowanie	Czujnik ciśnienia (lokalny)
D – Density	stężenie
Draught	zanurzenie
E – Earth	doziemienie	Czujnik ciśnienia (zdalny)
F – Flow	przepływ
Frequency	częstotliwość
H – High	wysoki	Alarmowy wskaźnik niskiego ciśnienia
I - Indicator	wskaźnik
L – Low	niski
Level	poziom
P – Pressure	ciśnienie
S – Speed	prędkość obrotowa
T – Temperature	temperatura
V- Viscosity	lepkość

Przykłady oznaczeń:

FAL – alarm po przekroczeniu niskiej wartości przepływu (Flow Alarm Low)

TIAH – temperatura odczytywana na wskaźniku, alarm po przekroczeniu wysokiej wartości temperatury (Temperature Indicator Alarm High)

LIAHL – poziom odczytywany na wskaźniku, alarmy po przekroczeniu wysokiej i niskiej wartości poziomu (Level Indicator Alarm High Low)

Sygnały wyjściowe z czujników pomiarowych (sensorów) mają różną postać fizyczną, ze względu na różne zasady pomiaru wielkości mierzonych: napięcie, prąd, pojemność, częstotliwość, przemieszczenie, ładunek, siła, indukcyjność itp. Natomiast sygnały wyjściowe z przetworników pomiarowych zostały ujednolicone i standaryzowane. Ułatwia to budowę systemów pomiarowych i automatyki. W systemach wykorzystuje się:

• Sygnały prądowe; najczęściej stosowane, obecnie dominuje sygnał prądowy 4…20 mA. Można przesyłać go na duże odległości (do 3000m), odporny na zakłócenia. Dolna granica 4 mA (tzw. aktywne zero) ułatwia wykrycie uszkodzenia polegające na przerwaniu przewodu sygnałowego. Ponadto nie jest wymagane zasilanie przetwornika pomiarowego oddzielnymi przewodami. Przewody niosące informację pomiarową są jednocześnie przewodami zasilającymi, co obniża koszty instalacji. Współczesne przetworniki pomiarowe mają łatwą możliwość zmiany początkowego i końcowego punktu charakterystyki; rys.3.

• Sygnały napięciowe 0…5V; 0…10V; rzadko wykorzystywane (w laboratoriach) ze względu na łatwość zakłócania i nie nadają się do przesyłania na duże odległości.

• Sygnały częstotliwościowe o Hz do kHz; bliskie standaryzacji, odporne na zakłócenia, łatwe do przetwarzania na postać cyfrową i do całkowania. Wykorzystywane gdzie czujnik generuje w sposób naturalny sygnał częstotliwościowy np. przepływomierze.

• Sygnał pneumatyczny; znormalizowany w przedziale zmian wartości 20…100kPa (0,2...1,0 bar). Stosowany w strefach zagrożonych wybuchem, ale coraz rzadziej.

• Sygnały cyfrowe; brak ujednolicenia protokołów transmisji, najczęściej stosuje się protokół HART (Higway Adressable Remote Transducer). Umożliwia on obustronną komunikację z przetwornikiem poprzez komputer nadrzędny, którym może być prosty ręczny terminal. Przeważnie firmy sprzedające cyfrowe przetworniki pomiarowe stosują własne protokoły komunikacyjne nie kompatybilne z przetwornikami innych firm

Zakres całkowity (range - zakres) określa maksymalny zakres pomiarowy, maksymalny przedział zmian wartości mierzonej, w którym może pracować przetwornik; na rys.3 odpowiada to wartości od -210kPa do +210kPa

Zakres pomiarowy (span - rozpiętość) określa ustawioną w przetworniku wartość zmiany wielkości mierzonej odpowiadającą sygnałowi wyjściowemu w zakresie od 4mA do 20mA (lub od 0,2 do 1,0 bara); na rys. 3 jest to liczba bezwzględna określającą długość odcinka na osi ciśnienia odpowiadającego zakresom prądu od 4mA do20mA (wszystkie linie zielone).

Rys. 3. Zakres całkowity i zakresy pomiarowe przetwornika; linie zielone oznaczają prawidłową regulację mieszczącą się w granicach zakresu pomiarowego 7÷210 kPa i niewykraczającą poza granicę zakresu całkowitego ±210kPa; linie czerwone oznaczają nieprawidłową regulację niemieszczącą się w granicach zakresu pomiarowego 7÷210kPa lub wykraczającą poza granicę zakresu całkowitego ±210 kPa