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 RÓŻNICY CIŚNIEŃ.			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 różnicy ciśnień IDP10-B.

Mierzy on różnicę pomiędzy dwoma ciśnieniami dostarczonymi do czujnika z silikonowym wypełnieniem. Jest to czujnik dwukomorowy z umieszczoną wewnątrz (pomiędzy komorami) wkładką elastyczna wypełnioną ciekłym silikonem. Wkładka ta posiada dwie elastyczne ściany w postaci membran zwróconych w stronę każdej z komór.

Zmiana ciśnienia różnicowego skutkuje zmianą oporu elektrycznego czujnika. Zmiana rezystancji obwodu pomiarowego wywołuje zmianę natężenia prądu w tym obwodzie. Ze względu marketingowych Foxboro nie podaje danych dotyczących elementu pomiarowego.

Ostatecznie sygnał wyjściowy jest zamieniony na prąd o wartości 4-20 mA, lub na sygnał cyfrowy proporcjonalny do różnicy ciśnień, lub do pierwiastka drugiego stopnia z różnicy ciśnień. Mierzony sygnał różnicy ciśnień jest przesyłany do odbiornika przez te same przewody, dostarczające energię zasilającą przetwornik. Przewody przenoszą sygnał dwukierunkowo na drodze przetwornik-przyrzaąd zdalnego sterowania, np. komputer, programator przenośny HHT

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,

• 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.

ZASILANIE

REZYSTOR

PRZETWORNIK

(-)

(-)

(+)

(+)

M

O

D

E

M

---