Pomiar różnicy ciśnienia i przepływu przy użyciu programowalnego przetwornika SiOne

Pomiar Różnicy Ciśnień

Pomiar różnicy ciśnienia od dawna ma szereg zastosowań w przemyśle. Jak jest on ważny? Odpowiedź jest bardzo prosta – dba i ratuje nasze życie. W salach operacyjnych to dzięki badaniu różnicy ciśnienia między pomieszczeniami możliwe jest utrzymywanie sterylnych warunków (wolnych od drobnoustrojów) w pomieszczeniach czystych. Kolejnym przykładem są systemy napowietrzania klatek schodowych. W trakcie pożaru system wentylacji pożarowej uruchamia m.in. system doprowadzania świeżego powietrza do klatek, które pełnią funkcję dróg ewakuacyjnych. Rzeczowe czujniki różnicy ciśnienia pozwalają na utrzymanie odpowiedniego poziomu ciśnienia na ‘klamce’, co pozwala otworzyć drzwi i swobodnie opuścić pomieszczenie i płonący budynek. Oczywiście pomiar różnicy ciśnienia od lat stosowany jest również w innych gałęziach przemysłu, w tym w branży automotive, farmacji, HVAC, automatyce budynkowej BMS, przemyśle związanym z elektroniką, …

Pomiar różnicy ciśnień metodą membranową

Od czasów badania zmian ciśnienia przy użyciu „U-rurki” minęło bardzo dużo czasu. Obecnie istnieje kilka metod pomiarowych, z czego na początku warto zwrócić uwagę na rozwiązanie z membraną pomiarową. W dużym uproszczeniu pomiar ten można opisać w następujący sposób: ciśnienie oddziałowujące na membranę powoduje jej ugięcie, co wywołuje zmianę rezystancji na elementach piezoelektrycznych. Wspomniane elementy, połączone w układ mostka Wheatstone’a, wysyłają sygnał do układu elektroniki informujący o zmianie ciśnienia w układzie. Rysunek 2 prezentuje ideę działania takiego czujnika. Pomiar tą metodą jest dokładny, ale ma również minusy. Sonda membranowa jest czuła na zmiany położenia – z tego powodu większość czujników tego typu posiada przycisk zerujący odczyt, używany po montażu urządzenia w docelowym miejscu. Będąc przy zagadnieniu położenia czujnika należy wspomnieć o fakcie, że jest on czuły na wszelkie wibracje, które mogą pojawić się w układzie. Zakres pomiarowy membrany wynika z jej grubości, więc nawet niewielkie poziomy przeciążenia mogą spowodować w szczęśliwym przypadku „wyciągnięcie” membrany (czego wynikiem będzie błąd pomiarowy) lub definitywne jej uszkodzenie, przy wyższym przeciążeniu. Czujniki tego typu mają również prawo tracić na dokładności z racji wyżej poruszanego efektu „wyciągania”. Dodatkowym czynnikiem negatywnie wpływającym na urządzenia tego typu są wszelkie zabrudzenia i cząstki przepływające przez powietrze, a dostające się do czujnika. Pewnym rozwiązaniem wyżej opisanych problemów jest okresowa kalibracji czujnika, co wymusza jego demontaż, transport do laboratorium.

Rys. 2. Idea pomiaru membranowego.

Pomiar różnicy ciśnień metodą przepływową

Inaczej jest w przypadku pomiarów metodą przepływową (inaczej, termiczny pomiar przepływu). Bez poruszania szczegółów technicznych metodę tę można wyjaśnić w następujący sposób. Gaz wprowadzony jest to czujnika. Na początku przepływa przez pierwszy element mierzący jego temperaturę. Następnie przepływa przez element grzewczy i kończy swój przepływ na drugim elemencie mierzącym jego temperaturę (rysunek 3 prezentuje ideę działania takiego czujnika). Dzięki odczytom temperatury w dwóch punktach czujnik rozpoznaje szybkość transportu ciepła i na tej podstawie wyznacza różnicę ciśnienia. Należy zaznaczyć, że nowoczesne sensory są zintegrowane w skali milimetrowej. Metoda pomiaru jest prosta i niezwykle skuteczna, pomiar jest dokładny już od najniższych wartości, a dodatkowo charakteryzuje się długoterminową stabilnością pomiaru. Kolejną zaletą jest brak konieczności kalibracji czujnika (punktu zero), ponieważ jego położenie nie wpływa na odczyt. Wynik jest niezależny od zmian temperatury i ciśnienia atmosferycznego, w związku z czym nie wymaga kompensacji jak przy metodzie membranowej, nie jest czuły na wibrację, a jego próg niszczący jest zdecydowanie wyższy. Dodatkowo czujnik posiada ‘by-pass’ ten element powoduje mniejszą podatność na uszkodzenie przez zabrudzony gaz, który przez niego przepływa.

Rys. 3. Idea pomiaru termicznego.

Podsumowanie

Kontrola różnicy ciśnień jest najczęściej dokonywanym pomiarem, od razu po temperaturze, w układach HVAC. APONE, zdając sobie sprawę jak ważny jest to parametr, wprowadził do oferty nowy przetwornik z serii SiOne o oznaczeniu Si-D50…, który umożliwia pomiar różnicy ciśnień przy wykorzystaniu metody przepływowej. Przetwornik dedykowany jest do układów HVAC, BMS, EMS, a przykładowa aplikacja to realizacja zadania monitorowania śluz powietrza w Clean Room’ach, gdzie pomiar różnicy ciśnienia jest najważniejszym parametrem. Warto zaznaczyć, że w wielu aplikacjach sam pomiar różnicy ciśnień to za mało i konieczna jest również kontrola przepływu powietrza wyrażona w m³/h. Dlaczego o tym wspominamy? Podstawową wielkością mierzoną przez wspomniany przetwornik SiOne Si-D50… jest różnica ciśnienia powietrza i gazów neutralnych. Przetwornik dodatkowo daje możliwość wprowadzenia do jego nieulotnej pamięci wartość współczynnika K elementu spiętrzającego (współczynnik odnoszący się do stopnia otwarcia elementu spiętrzającego w wentylacji np. kryza IRIS, anemostat itd.) i przy wykorzystaniu zaimplementowanych funkcji matematycznych liczy przepływ powietrza. W efekcie na wyjściu przetwornika uzyskuje się informacje na temat różnicy ciśnień (wyrażonej w [Pa] lub [mbar]) oraz ilości przepływającego powietrza (w jednostce [m³/h]). Ta dodatkowa funkcja urządzenia jest szczególnie przydatna m.in. w układach VAV. Należy dodać, że podobnie jak inne przetworniki z serii SiOne, opisywane urządzenie jest programowalne, to znaczy użytkownik ma możliwość zmiany jego zakresu pomiarowego, standardu wyjścia analogowego (0…5 V, 0…10 V, 0…20 mA lub 4…20 mA) oraz wyskalowania tych wyjść analogowych (dotyczy opcji z wyjściami analogowymi).

Rys. 4. Przetwornik SiOne do pomiaru różnicy ciśnień i przepływu (wersja z RS-485 (MODBUS RTU)).

APONE stawia na innowacje, a więc opisywane urządzenie (ale nie tylko ten model, również inne przetworniki z serii SiOne – więcej na stronie www.apone.eu) dostępne jest z interfejsem: MODBUS TCP, MODBUS RTU, ANALOG (programowalny), RELAY (programowalny). Urządzenia pomiarowe APONE projektowane i produkowane są w Polsce . Decydując się na ten rozwiązanie mogą Państwo wesprzeć polską technologię, a jednocześnie uzyskać pewność konkurencyjności ceny i terminowości produkcji – średni czas realizacji zamówień to tylko 2-3 dni robocze!

Rys. 5. Przetwornik SiOne do pomiaru różnicy ciśnień i przepływu (wersja z Ethernet (MODBUS TCP)).

Zespół AP Automatyka, dystrybutor urządzeń APONE, tworzą doświadczeni automatycy i inżynierowie branży HVAC. Zapraszamy do kontaktu z naszymi doradcami, którzy nie tylko dobiorą odpowiednie urządzenie (bazując na wymogach technicznych lub parametrach zamienników), ale również podpowiedzą, jak najlepiej zrealizować konieczny w aplikacji pomiar.

PODSTAWOWE PARAMETRY SI-D50…

• Zakres pomiarowy: -500…+500 Pa (-5…+5 mbar)
• Medium: Powietrze i gazy neutralne
• Temperatura medium: -20…+60 ⁰C
• Interfejs: RS-485 (MODBUS RTU) lub Ethernet LAN (MODBUS TCP)
• Programowalne wyjścia analogowe: ..5 V, 0…10 V, 0…20 mA, 4…20 mA (dot. wybranych modeli; max. liczba wyjść analogowych w jednym przetworniku = 3)
• Programowalne wyjście przekaźnikowe: NO/NC (dot. wybranych modeli; programowalny próg i histereza)
• Zasilanie : 11.5…27 VDC lub 11.5…32 VDC / 24 VAC
• Przyłącze ciśnienia : rurka ø 4 mm
• Przyłącze elektryczne : złącze sprężynowe
• Więcej informacji…