Przewodnik

po specyfikacjach nowoczesnych

przetworników ciśnienia

Przy dzisiejszym stanie techniki nowoczesne przetworniki powinny

spełniać następujące wymagania:

Wymagania dla dostawców
Każde urządzenie mierzące ciśnienie powinno być
sprawdzone na stanowisku kalibracyjnym spełniającym
uznane normy jakości. Producent powinien dostarczyć
wiarygodne wyniki dokumentujące Średni
Międzyawaryjny Czas Pracy (MTBF – Mean Time Between
Failure). Nowoczesne przetworniki ciśnienia powinny
cechować się co najmniej 200 letnim MTBF z poziomem
ufności co najmniej 95% czyli 2

δ

.

Producent powinien posiadać uwierzytelniony certyfikat
produkcji zgodny z międzynarodową normą ISO9001,
certyfikaty do pracy w obszarach zagrożonych wybuchem
ATEX, Kopalnie Doświadczalnej Barbara, Wyższego
Urzędu Górniczego.

Wymagania środowiskowe
Dopuszczalna temperatura pracy przetworników ciśnienia
powinna zawierać sie w przedziale nie mniejszym niż
–40

°

C do +85

°

C, przy względnej wilgotności do 100%.

Przy zastosowaniu lokalnego wyświetlacza przedział ten
powinien być nie mniejszy niż -20

°

C do +80

°

C. Dużą

zaletą byłoby, gdyby czujnik ciśnienia i elektronika
skojarzona z podstawowym przetwarzaniem wielkości
mierzonej były zamknięte w hermetycznej obudowie ze
stali nierdzewnej. Przetwornik powinien mieć możliwość
zamontowania zabezpieczenia przeciwprzepięciowego
zgodnie ze standardem IEEE standard 587 kategoria B i
IEEE standart 472.
Dla szczególnie niebezpiecznych mediów, mogących
skazić środowisko przy rozszczelnieniu należy wyposażyć
przetworniki w najwyższej klasy zblocza zaworowe.
W przypadku pracy w trudnych warunkach posiadanie
klasy ochrony IP67 jest także dużą zaletą.

Wymagania odnośnie specyfikacji
Zgodność rzeczywistych parametrów metrologicznych z
podanymi w kartach katalogowych powinna osiągać
poziom ufności 3

δ

, co oznacza, że 99,7% przetworników

posiada parametry co najmniej tak dobre, jak podane w
specyfikacji.

Specyfikacja metrologiczna
Parametry dokładności pomiarowej powinny być
określone w rzeczywistych warunkach pracy.

•

Standardem dla przetworników ciśnienia powinien
być błąd referencyjny nie większy niż ± 0,075%
szerokości kalibrowanego zakresu pomiarowego,
natomiast dla bardziej wymagających aplikacji
±0,04%.

•

Przetworniki powinny posiadać całkowity błąd
pomiarowy nie większy niż +/-0,125% szerokości
kalibrowanego zakresu pomiarowego. Wówczas błąd
całkowity obliczany jest dla zmian temperatury o
±28

°

C, ciśnienia statycznego o 6,9 MPa oraz dla

zakresowości 1:1 do 5:1 (w załączeniu
przedstawiono przykład konkretnych obliczeń błędu).

Stabilność pomiarowa powinna być również określona dla
rzeczywistych warunków pracy.

•

Przetworniki powinny posiadać stabilność co najmniej
0,2% szerokości zakresu pomiarowego na 10 lat, w
odniesieniu do zmian temperatury o ±28

°

C i

ciśnienia statycznego o 6,9 MPa.

Przy podejmowaniu decyzji o wyborze przetwornika
niezbędne jest porównanie powyższych parametrów dla
rzeczywistych warunkach pracy.

•

Przetworniki powinny charakteryzować się dobrą
dynamika, szczególnie potrzebną w obwodach
regulacji; czas odpowiedzi na skokową zmianę
sygnału wejściowego nie powinien być większy niż
150 ms.

•

Zakresowość przetwornika powinna być lepsza niż
100:1, aby umożliwić elastyczne dopasowanie
zakresu pomiarowego przetwornika do aplikacji.

•

Dużą zaletą byłaby zgodność przetwornika z coraz
powszechniej akceptowaną Europejską Dyrektywę
Ciśnieniową (Pressure Equipment Directive - PED).

Specyfikacja funkcjonalna
Alarmy ustawiane w przetworniku powinny posiadać
konfigurowalne wartości poziomów jako: wysoki, niski
lub definiowalny przez użytkownika zgodnie ze
stosownym standardem.
Przetworniki powinny mierzyć ciśnienie w całym zakresie
pomiarowym. Kiedy mierzone ciśnienie przekracza
wartość graniczną skalibrowanego zakresu pomiarowego,
to na wyjściu analogowym powinien pojawić się wybrany
sygnał alarmowy. Wartości ciśnienia powinny być jednak
nadal dostępne na wyjściu cyfrowym.
Przetworniki pracujące w aplikacjach
wysokotemperaturowych powinny posiadać możliwość
ustawienia progów ostrzegawczych i alarmów
temperatury.

Komunikacja
Cyfrowa komunikacja z innymi urządzeniami powinna być
realizowana przy wykorzystaniu otwartych protokołów
komunikacyjnych, takich jak HART

, FOUNDATION

Fieldbus. Należy unikać stosowania specyficznych
protokołów komunikacyjnych producentów
niegwarantujących unifikacji lub integracji z obecnymi
standardami komunikacji.
Inteligentne urządzenia pomiarowe powinny posiadać
możliwość komunikacji z przenośnym komunikatorem i z
systemami zarządzania aparaturą obiektową.
Przetworniki powinny umożliwiać uaktualnianie
oprogramowania (upgrade).

Oprogramowanie
Przetworniki powinny posiadać możliwość skalowania
sygnału wyjściowego w jednostkach definiowanych przez
użytkownika, np. natężenie przepływu w m

3

/godz,

objętość w litrach i poziom w metrach.

Ze względów bezpieczeństwa przetworniki muszą mieć
sprzętową oraz programową blokadę zapisu konfiguracji.
Blokada sprzętowa ma priorytet nad blokadą
programową.
Każde urządzenie powinno posiadać zapisaną w stałej,
niekasowalnej pamięci kalibrację fabryczną. Możliwy
powinien być powrót do ustawień fabrycznych.

Dodatkowe funkcje przetwornika i wyposażenie
dodatkowe
Dużą zaletą przetwornika jest posiadanie funkcji detekcji
niedrożności rurek impulsowych.
Przetworniki różnicy ciśnień pracujące jako
przepływomierze powinny także posiadać konfigurowany
punkt przerwania pomiaru dla małych natężeń przepływu
(punkt odcięcia). Przetwornik ciśnienia powinien być
wyposażony w integralnie montowane 2-, 3- lub 5-cio
drogowe zblocze zaworowe. Przetwornik ze zbloczem
powinien być testowany dla maksymalnego ciśnienia
pracy i posiadać odpowiedni certyfikat producenta.
Dla pomiarów natężenia przepływu z wykorzystaniem
przetworników różnicy ciśnień celowe jest zastosowanie
zintegrowanych elementów wytwarzających spadek
ciśnienia, na przykład zintegrowanej kryzy oraz annubar.
Przy pomiarach natężenia przepływu dla średnic rur
poniżej DN 100 wygodne jest stosowanie zintegrowanej
kryzy ze zbloczem wielozaworowym do montażu
pomiędzy standardowymi kołnierzami.
W przypadku zastosowań wysokotemperaturowych oraz
mediów agresywnych przetworniki powinny mieć
możliwość montażu zdalnych oddzielaczy z użyciem
kapilar. Dla aplikacji próżniowych system przetwornik z
oddzielaczem powinny być całkowicie spawane.

Wyświetlacz
Wyświetlacz powinien posiadać możliwość wyświetlania
ciśnienia w postaci cyfrowej w wybranych jednostkach
oraz wartości 0-100% zakresu w postaci słupkowej.
Możliwe powinno być ustawienie wyświetlania więcej niż
jednego parametru (ciśnienie, temperatura, natężenie
przepływu), a także wyświetlanie wybranych parametrów
w sposób sekwencyjny. Dodatkowo powinny być
wyświetlane alarmy i komunikaty.
Przetwornik powinien umożliwiać zdalne podłączenie
wyświetlacza.

Dokładność rzeczywista a dokładność
referencyjna
Do niedawna doboru przetworników dokonywało się na
podstawie analizy klasy dokładności definiowanej dla
warunków laboratoryjnych. Przetworniki w warunkach
obiektowych (pod wysokim ciśnieniem statycznym i w
zmiennej temperaturze otoczenia) wykazują znacznie
gorsze parametry pomiarowe niż wynika to z ich klasy
dokładności. Dodatkowo zjawisko dryftu powoduje
pogorszenie jakości pomiarów w czasie. Z powyższych
powodów coraz bardziej popularnym parametrem
określającym własności metrologiczne przetworników
staje się błąd całkowity pomiaru. Błąd ten obliczany jest
podanego wzoru uwzględniającego wpływ warunków
obiektowych.

2

2

2

Re

Ps

To

TPE

+

+

=

TPE – Błąd całkowity pomiaru (w warunkach
obiektowych)
Re – Błąd referencyjny
To – Błąd wynikający ze zmiany temperatury
Ps – Błąd wynikający z obecności ciśnienia statycznego

Obliczony w ten sposób błąd całkowity pomiaru, po
dodaniu błędu Dr dryftu, określa rzeczywistą dokładność
pomiaru w warunkach obiektowych.
Dane konieczne do obliczenia błędu rzeczywistego
powinny być dostępne w kartach katalogowych
przetworników. Przy podejmowaniu decyzji o zakupie
nowego przetwornika warto zrobić taką kalkulację, aby w
czasie eksploatacji nie narazić się na rozczarowanie jego
rzeczywistą dokładnością pomiaru.

Stabilność
Wyznacznikiem jakości sprzętu pomiarowego, który staje
się obecnie nawet ważniejszy niż dokładność pomiaru,
jest stabilność w czasie. Wysoka stabilność pomiarów
pozwala bowiem na zminimalizowanie kosztów obsługi
technicznej i gwarantuje stałą jakość pomiaru.
Dobre przetworniki powinny posiadać co najmniej 5-cio
letnią stabilność pomiaru. Umożliwia to ograniczenie
częstotliwości kalibracji, zmniejszając znacznie koszty ich
eksploatacji.

Jak obliczyć częstotliwość kalibracji przetwornika?

Poniższa procedura pozwala określić częstotliwość wykonywania kalibracji spełniającą wymagania
konkretnego zastosowania

Krok 1: Określenie wymaganej dokładności działania przetwornika

Wymagana dokładność 0,50% szerokości zakresu pomiarowego w warunkach obiektowych

Krok 2: Określenie warunków procesowych

Przetwornik model 3051S1 CD, zakres 2 (URL – górna wartość zakresu pomiarowego = 62 kPa)
Skalibrowany zakres pomiarowy = 37 kPa
Zmiana temperatury otoczenia =

±

28

°

C

Ciśnienie statyczne = 3,5 MPa

Krok 3: Obliczenie błędu całkowitego (TPE)

2

2

2

o)

statyczneg

ci

śnienia

(Wplyw

ry)

temperatu

(Wplyw

na)

referencyj

Dokladno

ść

(

+

+

=

TPE

Dokładność referencyjna =

±

0,04 szerokości zakresu pomiarowego.

Wpływ temperatury otoczenia =

±

[(0,009% x URL)/(szerokość zakresu pomiarowego) + 0,04] na 28

°

C =

=

±

0,055% szerokości zakresu pomiarowego.

Wpływ ciśnienia statycznego =

±

0,1% szerokości zakresu pomiarowego.

2

2

2

1

0

055

0

04

0

,

,

,

+

+

=

TPE

TPE = 0,125% szerokości zakresu pomiarowego

(UWAGA!. Wpływ ciśnienia statycznego na zero przetwornika można usunąć, kalibrując przetwornik
w obecności tego ciśnienia.)

Krok 4: Obliczanie miesięcznej stabilności przetwornika

Stabilność =

±

[(0,2% x URL)/(szerokość zakresu pomiarowego)] % szerokości zakresu pomiarowego przez

10 lat = 0,334 % szerokości zakresu pomiarowego na 10 lat =

±

0,0028% szerokości zakresu

pomiarowego na miesiąc.

Krok 5: Obliczanie częstotliwości wykonywania kalibracji

Częstotliwość kalibracji = [(Żądana dokładność – TPE)/(stabilność miesięczna)] =
= (0,5%- 0,125%)/0,0028 = 134 miesiące.

Krok 1: Określenie warunków procesowych:
Przetwornik = Model 3051S1CD zakres 2

(URL – górna wartość zakresu pomiarowego = 62 kPa)
Skalibrowany zakres pomiarowy = 37 kPa
Zmiana temperatury otoczenia =

±

28

°

C

Ciśnienie statyczne = 3,5 MPa

Wybór przetwornika 3051S Ultra spełniającego powyższe wymagania daje w efekcie

urządzenie, które można kalibrować raz na 134 miesiące (ponad 11 lat!), przy

WYMAGANEJ DOKŁADNOŚCI 0.5% szerokości zakresu pomiarowego!

Krok 2: Wymagana dokładno

ść = 0,50% szerokości zakresu pomiarowego

Dokładno

ść

pomiarowa

0,10 --

0,20 --

0,30 --

0,40 --

0,50 --

0,60 --

0,00 --

0,125

Krok 3: Obliczenie TPE

Krok 4: Obliczenie stabilno

ści

Krok 5: Cz

ęstotliwość wykonywania kalibracji

134

Miesi

ące pracy przetwornika

30

60

90

120

150