WSM

WYDZIAŁ

MECHANICZNY

L A BO R A T O R I U M

AUTOMATYKI OKRĘTOWEJ

Nazwisko i imię

W SZCZECINIE

Nr ćw.

M1

Temat ćwiczenia

POMIARY CIŚNIENIA.

Babicz, Dadasiewicz
Druchniak, Gleń,
Hofman, Hraciuk,
Jarosz, Łapiuk,
Saternus, Winiewski
Rok akad. 2002/03

Data wyk. ćwicz. Data odd. spr.

Ocena

Podpis wyk. Rok studiów

IV MB,,a”

1. Krótka charakterystyka metod pomiaru ciśnień i różnicy ciśnień.

Spotykane wartości ciśnień i różnice ciśnień mierzy się przeznaczonymi do tego celu
ciśnieniomierzami. Szerokie zastosowanie znalazły ciśnieniomierze z elementami
sprężystymi. Do nich zaliczyć możemy: membrany, mieszki, rurki Bourdona. Materiały
na ciśnieniowe elementy sprężyste powinny charakteryzować się małym pełzaniem i niską
histerezą sprężystą. Układy pomiarowe z rurkami Bourdona stosuje się przy pomiarach
stosunkowo dużych wartości ciśnień, gdyż dopiero takie są w stanie odkształcić rurkę.
W przetwornikach pomiarowych ciśnienia z membraną płaską membrany mogą być
metalowe, krzemowe lub ceramiczne. Wartości odkształcenia membrany można
stwierdzić za pomocą tensometrów (w membranach metalowych), piezorezystorów (w
membranach krzemowych i ceramicznych), lub kondensatora w którym jedną z elektrod
stanowi przemieszczająca się membrana a druga membrana jest nieruchoma.

Pojemnościowy przetwornik ciśnienia- detektor czujnika wykona jest w postaci dwóch
płaskich elektrod. Jedna z nich styka się bezpośrednio z medium. Pod wpływem ciśnienia
elektroda odkształca się stanowiąc membranę pomiarową. Druga elektroda jest osadzona
niezależnie od pierwszej i nie odkształca się. Jeżeli zatem obie elektrody przewodzą prąd i
rozdzielone są dielektrykiem to powstanie kondensator. Ponieważ przy zmianach
ciśnienia jedna z elektrod przemieszcza się w stosunku do drugiej to pojemność
kondensatora jest proporcjonalna do ciśnienia.

Pojemnościowy czujnik różnicy ciśnień- Działa na podobnej zasadzie jak pojemnościowy
czujnik ciśnienia z ta różnicą że występują w nim dwie odkształcające się membrany
pojemnościowe, zaś jedna z nich pozostaje w spoczynku.

Tensometryczny przetwornik z membraną płaską- wykonywane są poprzez naklejenie na
metalową membranę elementu tensometrycznego. Element ten wytwarzany jest jako
układ kilku rezystorów, połączonych w mostek oporowy w taki sposób by dokładnie
odzwierciedlał odkształcenia membrany. W przetwornikach tensometrycznych
wykorzystuje się zjawisko zmian rezystancji przewodników pod wpływem przyłożonych
naprężeń.
Piezorezystancyjny, krzemowy przetwornik ciśnienia- w przetworniku tym z membrana
krzemową wykorzystuje się efekt piezorezystorowy występujący w monokryształach
krzemu. Elementem reagującym na ciśnienie jest cienka, kwadratowa lub kołowa
membrana, którą zaimplantowano.

2. Charakterystyka przetwornika inteligentnego.

Przyrząd inteligentny jest urządzeniem zdolnym do komunikacji z zewnętrznym układem
pomiarowym lub sterowania za pomocą sygnału cyfrowego w oparciu o standardowy
protokół komunikacji i z użyciem standardowego interfejsu. Przetwornik inteligentny składa

się z: układu pomiarowego i układu przeliczająco-zarządzającego. Zadaniem pierwszego jest
wytworzenie sygnału elektrycznego o wartości proporcjonalnej do mierzonej wielkości
fizycznej. Układ przeliczający dokonuje skalowania sygnału elektrycznego (linearyzacja),
oraz odpowiada za sposób prezentacji (rodzaj jednostek) i komunikacji z innymi
urządzeniami systemu (komputer, np.: PC).

Przyrząd inteligentny pozwala na realizację następujących zadań:
-

linearyzacja charakterystyk przetwornika,

-

samoadaptacja (ustawienie zakresu pomiarowego),

-

rozpoznawanie i usuwanie błedów przejściowych,

-

rejestracja danych,

-

prezentacja zmian mierzonego sygnału w czasie,

-

kompresja danych,

-

wstępne statystyczne opracowanie danych,

-

sterowanie procesami wizualizacji,

-

autodiagnostyka,

-

samonaprawialność i sterowanie pracą interfejsu zgodnie z protokołem.

Inteligentny przetwornik ciśnienia IGP10-D.
Mierzy on wartość ciśnienia dostarczonego do czujnika z silikonowym wypełnieniem.
Zmiana ciśnienia skutkuje zmianą oporu elektrycznego czujnika. Zmiana rezystancji obwodu
pomiarowego wywołuje z kolei zmianę natężenia prądu w tym obwodzie. Ostateczny sygnał
wyjściowy jest zamieniony na prąd o wartości 0d 4 do 20 mA, lub na sygnał cyfrowy
proporcjonalny do ciśnienia podanego na wejście przyrządu. Mierzony sygnał jest przesyłany
do odbiornika poprze te same przewody, które dostarczają energię zasilającą przetwornik.
Przetwornik ciśnienia posiada tylko jedną komorę pomiarową zamkniętą od strony
przetwornika wkładką wyposażoną w jedną ścianę (membranę). W ten sposób zmiany
ciśnienia na powierzchni membrany powodują jej ugięcie i poprzez izolacyjną warstwę
silikonu działają na element pomiarowy czujnika.
Przetwornik posiada osobną linię zasilającą i osobne przewody do przesyłania danych z
przetwornika do komputera za pośrednictwem modemu typu PC10 (Foxboro), umożliwiający
programowanie przetwornika przez komputer PC.

3. Schemat podłączenia przetwornika.

Schemat podłączenia przedstawiony został na rysunku:

4. Sposoby konfiguracji przetwornika firmy Foxborro.

Inteligentny przetwornik różnicy ciśnień konfigurujemy trzema sposobami:

-

lokalnie na samym przyrządzie,

M
O
D
E
M

(+)

(+)

(-)

(-)

PRZETWORNIK

REZYSTOR

ZASILANIE

-

poprzez modem podłączony do PC,

-

przy pomocy komunikatora HART.

5. Funkcje menu przetwornika Foxboro, oraz sposób konfigurowania

przy użyciu wyświetlacza lokalnego.

Stanowisko lokalne umożliwia zmianę większości parametrów przetwornika. Struktura i
polecenia głównego menu najlepiej obrazuje rysunek. Pierwsza linia menu oznacza
wyświetlanie wielkości mierzonej w skali 1 lub w skali 2. Stosowanie dwóch skal jest istotne
przy znajomości wartości bezwzględnej i procentowej wartości sygnału. Pomiędzy
wyświetlaniem obu skal przełączać można się za pomocą przycisku ENTER. Za pomocą
przycisku NEXT wybrać można jedno z następujących poleceń:

-

CALIB- wejście w proces kalibracji. ENTER rozpoczyna ten proces. Przetwornik
przełącza się w tryb OFFLINE co może spowodować destabilizację pracy regulatora.
Konieczna jest więc przejście regulatorem w tryb pracy ręcznej.

-

CONFIG- wejście w proces konfiguracji. Procedura jak powyżej.

-

VIEW- przegląd bazy danych. Umożliwia przegląd wszystkich bieżących ustawień
bez możliwości ich zmian. Przyciskiem NEXT przeglądać można kolejne parametry,
zaś ENTER powoduje wyjście do normalnej pracy pomiarowej.

-

TST DSP- sprawdzenie wyświetlacza. Umożliwia sprawdzenie prawidłowości
działania wyświetlacza. Przyciskiem NEXT przeglądać można kolejne wzory tesu, zaś
ENTER wyjście do normalnej pracy pomiarowej.

-

CANCEL- anulowanie przeglądu menu. Przycisk ENTER powoduje przejście do
normalnego trybu pracy i wyświetlania. Przycisk NEXT powoduje ponowne
przeglądanie menu.

6. Charakterystyka poleceń konfiguracyjnych i kalibracyjnych.

Znaczenie poszczególnych poleceń konfiguracyjnych:

-

IT MODE- umożliwia wybór rodzaju pracy przetwornika pomiędzy cyfrowym
sygnałem wyjściowym a sygnałem analogowym. Przycisk ENTER uaktywnia wybór
rodzaju pracy. NEXT umożliwia dokonanie wyboru między pracą cyfrową
(DIGITAL) i analogową (4-20 mA).

-

DEVNAME- nazwa przyrządu. Umożliwia identyfikację przetwornika podczas
współpracy z rozbudowanym systemem komputerowego sterowania procesami
przemysłowymi.

-

EX 0- zerowanie zewnętrzne. Polecenie pozwala na programową aktywację lub
dezaktywację możliwości zerowania zewnętrznego.

-

OUT DIR- zwrot sygnału wyjścia. Służy do definiowania kierunku zmiany sygnału
analogowego wyjścia przy wzroście sygnału pneumatycznego wejścia. Umożliwia
wybór pomiędzy sygnałem wyjścia wprost proporcjonalnym do sygnału wejścia.

-

OUTFAIL- sygnał awaryjny. Definiuje rodzaj sygnału wyjściowego w przypadku
uszkodzenia przetwornika.

-

OFFL MA- wartość sygnału wyjścia przy przejściu w tryb OFFLINE. Definiuje
sygnał wyjściowy w przypadku przejścia przetwornika w tryb OFFLINE.

-

DAMPING- czas odpowiedzi przetwornika, tłumienie.

-

M1 MODE- rodzaj pierwotnego sygnału wyjściowego. Możliwy jest wybór pomiędzy
trybem pracy liniowej a trybem pierwiastkowania kwadratowego.

-

M1 EGU- jednostka pierwotnego sygnału wyjściowego. Umożliwia wybór jednej z
wielu jednostek ciśnienia, lub definicję własnej jednostki adekwatnie do pomiaru.

7. Kalibracja.

Znaczenie poszczególnych poleceń kalibracji:

-

CAL AT0- ustawienie punktu zerowego wyjścia przetwornika przy zerowej różnicy
ciśnień.

-

CAL RFV- ustawienie punktu zerowego przetwornika przy różnicy ciśnień
odpowiadającej 0% zakresu analogowego (4-20 mA).

-

CAL URV- ustawienie punktu zerowego przetwornika przy różnicy ciśnień
odpowiadającej 100% zakresu analogowego.

-

ADJ4mA- dokładna regulacja prądowego sygnału wyjścia przy zadanym precyzyjnie
sygnale ciśnieniowym wejścia .

-

ADJ20mA- dotyczy regulacji górnego sygnału wyjściowego.

-

RERANGE- regulacja zakresu od 100%-0% w obrębie sygnału wejściowego.
Umożliwia wprowadzenie górnej wartości ciśnienia (M1 URV) lub dolnej wartości
(M1 LRV) w jednostkach ciśnienia lub zdefiniowanych jednostkach inżynierskich.