อุปกรณ์วัดค่าในรถยนต์ | หลักการทำงานของตัวส่งสัญญาณแรงดัน: หลักการ สัญญาณ และการแก้ไขปัญหา

การแนะนำ

ทีมงานด้านเทคนิคของ Auto Instrument อาศัยประสบการณ์จริงในการบำรุงรักษาภาคสนาม มาอธิบายกระบวนการแปลงสัญญาณทั้งหมดที่ตัวส่งสัญญาณแรงดันใช้ในการตรวจจับแรงดันอย่างละเอียด ช่วยให้วิศวกรฝ่ายบำรุงรักษาเข้าใจตรรกะการทำงานภายในของเครื่องมือ และสร้างขั้นตอนการแก้ไขปัญหาที่ชัดเจนเมื่อพบการอ่านค่าแรงดันที่ผิดปกติ การเบี่ยงเบนจากศูนย์ และความผันผวนของเอาต์พุต

ช่างเทคนิคที่เพิ่งเริ่มใช้งานเครื่องส่งสัญญาณแรงดันมักสงสัยว่าส่วนประกอบใดภายในเครื่องมือทำหน้าที่ตรวจจับแรงดันภายในท่อส่ง แรงดันที่แสดงในห้องควบคุมนั้นผ่านกระบวนการแปลงทางกายภาพและสัญญาณอย่างครบถ้วน การเข้าใจขั้นตอนการทำงานทั้งหมดนี้จะทำให้การแก้ไขปัญหาหน้างานเป็นระบบมากขึ้น

1. แรงดันภายในตัวส่งสัญญาณมีผลอย่างไร

สาระสำคัญของการวัดความดันในอุตสาหกรรมคือการส่งผ่านความดันระดับกลางไปยังส่วนประกอบตรวจจับที่มีความไวสูง สูตรพื้นฐานของความดันคือ: $\boldsymbol{(\boldsymbol{P=F/A})}$ ความดัน = แรง ÷ พื้นที่รับแรง ภายใต้แรงที่กระทำเท่ากัน พื้นที่รับแรงที่แตกต่างกันจะให้ค่าความดันที่แตกต่างกัน

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันอุตสาหกรรมรับแรงดันเชิงกลจากท่อส่งและถังเก็บผ่านการเชื่อมต่อกระบวนการ ส่วนประกอบภายในหลักคือองค์ประกอบตรวจจับ ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยไดอะแฟรมโลหะ ไดอะแฟรมเซรามิก เกจวัดความเครียด และส่วนประกอบวัดแบบยืดหยุ่นต่างๆ ยกตัวอย่างเช่น โครงสร้างไดอะแฟรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย แรงดันของตัวกลางกระทำต่อพื้นผิวไดอะแฟรมและทำให้เกิดการเสียรูปเล็กน้อยที่มองไม่เห็น การเสียรูปจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันสูงขึ้น และไดอะแฟรมจะกลับสู่สภาพเดิมเมื่อแรงดันลดลง เครื่องมือจะจับการเสียรูปนี้เพื่อวัดแรงดัน เครื่องส่งสัญญาณแรงดันไอน้ำที่ใช้ในหม้อไอน้ำและท่อส่งความร้อนก็อาศัยการเสียรูปของไดอะแฟรมในการรับแรงดันเช่นกัน สำหรับสภาวะการทำงานที่อุณหภูมิสูง ต้องประเมินความทนทานต่อความร้อนของส่วนประกอบอย่างรอบคอบเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของเครื่องส่งสัญญาณแรงดันอุณหภูมิสูง

2. หลักการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงรูปทรงหลักสามประการ

เครื่องส่งสัญญาณรุ่นต่างๆ ใช้หลักการตรวจจับภายในที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้วมี 3 ประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคสนาม ได้แก่ แบบต้านทานไฟฟ้า (piezoresistive), แบบคาปาซิทีฟ (capacitive) และแบบเรโซแนนซ์ (resonant)

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันแบบเพียโซเรซิสทีฟ หลักการทำงานคือ ความต้านทานของวัสดุจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อถูกอัด แรงดันปานกลางจะทำให้แผ่นไดอะแฟรมเสียรูป ส่งผลให้องค์ประกอบเพียโซเรซิสทีฟภายในเกิดความเครียดและความต้านทานเปลี่ยนแปลงไปตามนั้น แผงวงจรจะรับสัญญาณความต้านทาน ทำการขยายสัญญาณและคำนวณชดเชยอุณหภูมิ แล้วส่งสัญญาณการวัดที่สอดคล้องกันออกมา โครงสร้างนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบไฮดรอลิกและการวัดในท่อส่งกระบวนการทั่วไป ความเสียหายต่อชิปเซ็นเซอร์ก็เป็นสาเหตุทั่วไปของความผิดพลาดในสถานที่ทำงานเช่นกัน

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันแบบคาปาซิทีฟ หลักการทำงานคือการเปลี่ยนแปลงระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดเพื่อเปลี่ยนแปลงค่าความจุ โดยมีอิเล็กโทรดสองชุดติดตั้งอยู่ภายใน แรงดันจะทำให้ไดอะแฟรมวัดเคลื่อนที่ ส่งผลให้ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดและค่าความจุเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกัน โมดูลวงจรจะอ่านค่าการเปลี่ยนแปลงของความจุและแปลงเป็นค่าแรงดัน เครื่องส่งสัญญาณแรงดันแบบคาปาซิทีฟชนิดนี้มักถูกเลือกใช้สำหรับงานวัดที่มีความแม่นยำสูงในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและพลังงาน

เครื่องส่งสัญญาณแรงดันเรโซแนนซ์ ความเค้นเชิงกลที่เกิดจากแรงดันจะเปลี่ยนความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของชิ้นส่วนที่เกิดการสั่นพ้อง วงจรจะอ่านค่าการเปลี่ยนแปลงความถี่และแปลงเป็นค่าแรงดัน โดยส่วนใหญ่จะนำไปใช้ในสภาพการทำงานที่ต้องการความเสถียรในระยะยาวอย่างเข้มงวด

3. เหตุใดเอาต์พุต 4 20mA จึงเป็นเอาต์พุตทั่วไป และรุ่นอัจฉริยะจึงรองรับ HART

เครื่องส่งสัญญาณภาคสนามส่วนใหญ่เชื่อมต่อกับ DCS, PLC หรือเครื่องมือแสดงผลดิจิทัล 0 MPa สอดคล้องกับ 4 mA และค่าเต็มสเกลสอดคล้องกับ 20 mA เหตุผลสำคัญที่ไม่ใช้ 0 หรือ 20 mA คือการระบุความผิดพลาด หากจุดศูนย์เป็น 0 mA สายไฟที่ขาดก็จะส่งออก 0 mA เช่นกัน และระบบควบคุมจะไม่สามารถแยกแยะได้ว่าแรงดันกระบวนการลดลงเหลือศูนย์หรือมีความผิดพลาดในสายส่ง ด้วยจุดศูนย์ 4 mA วงจรจะยังคงรักษากระแส 4 mA ไว้เมื่อไม่มีแรงดัน หากสายเคเบิลขาด กระแสจะลดลงใกล้เคียงกับ 0 ดังนั้นระบบควบคุมจึงสามารถระบุความผิดปกติของวงจรได้โดยตรง ในขณะเดียวกัน สัญญาณกระแสไฟฟ้ามีความไวต่อการรบกวนจากความต้านทานของสายไฟน้อยกว่า ทำให้รองรับการส่งสัญญาณทางอุตสาหกรรมในระยะไกลได้ ถึงกระนั้น การป้องกัน การต่อสายดิน และการจัดวางสายไฟต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องส่งสัญญาณแรงดันอัจฉริยะจำนวนมากรองรับการสื่อสารดิจิทัลแบบซ้อนทับ ผู้ปฏิบัติงานสามารถแก้ไขช่วงและอ่านสถานะการวินิจฉัยของเครื่องมือผ่านเครื่องสื่อสารแบบพกพาได้

4. ความดันเกจ ความดันสัมบูรณ์ และความดันแตกต่าง — จุดอ้างอิงที่แตกต่างกัน

การวัดความดันแบ่งออกเป็น ความดันเกจ ความดันสัมบูรณ์ และความดันแตกต่าง โดยความแตกต่างหลักๆ อยู่ที่ค่าความดันอ้างอิง

· แรงดันเกจ: อ้างอิงจากความดันบรรยากาศในพื้นที่ โดยทั่วไปจะนำมาใช้ในการวัดท่อและอุปกรณ์ส่วนใหญ่ในสถานที่ปฏิบัติงาน

· ความดันสัมบูรณ์: อ้างอิงถึงสุญญากาศสมบูรณ์ ความดันสัมบูรณ์ = ความดันเกจ + ความดันบรรยากาศในพื้นที่ เครื่องส่งสัญญาณความดันสัมบูรณ์ใช้สำหรับสุญญากาศ กระบวนการกลั่น ระบบสุญญากาศ และการคำนวณกระบวนการก๊าซ

· ความดันแตกต่าง: $\boldsymbol{\Delta P=P1-P2}$ เป็นการวัดความแตกต่างของความดันระหว่างสองจุด ใช้สำหรับตรวจจับการอุดตันของตัวกรองและการวัดอัตราการไหลผ่านแผ่นรูรับแสง

5. ขั้นตอนการแก้ไขปัญหาเบื้องต้นสำหรับค่าความดันที่ไม่ถูกต้อง

การวัดค่าที่ผิดปกติไม่ได้หมายความว่าตัวส่งสัญญาณเสียหายเสมอไป ให้เริ่มแก้ไขปัญหาจากภายนอกสู่ภายในตามลำดับต่อไปนี้:

1. จุดวัดแรงดันและท่อส่งแรงกระตุ้นการสะสมของก๊าซในท่อส่งแรงดันสำหรับของเหลว การอุดตันของวาล์วสำหรับของเหลวที่มีสิ่งเจือปน และการเปิด/ปิดวาล์วหลักที่ไม่ถูกต้อง ล้วนนำไปสู่การบิดเบือนของสัญญาณ ตรวจสอบวาล์ว ก๊าซที่ติดอยู่ในท่อส่งแรงดัน และสถานะของวาล์ว

2. การรบกวนของอุณหภูมิความร้อนที่ถ่ายเทจากตัวกลางที่มีอุณหภูมิสูงไปยังเครื่องมือจะเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะขององค์ประกอบการตรวจจับและทำให้ค่าศูนย์คลาดเคลื่อน การใช้งานในอุณหภูมิสูงจำเป็นต้องใช้ระบบกาลักน้ำ หม้อรองน้ำควบแน่น และมาตรการฉนวนกันความร้อนเพื่อให้ตรงกับอุณหภูมิของตัวกลางที่เครื่องมือสามารถทนได้

3. ความผันผวนของแรงดันกระบวนการที่แท้จริงการเปลี่ยนแปลงความดันเกิดขึ้นได้โดยธรรมชาติที่ทางออกของปั๊ม ทางออกของคอมเพรสเซอร์ และบริเวณหลังวาล์ว ซึ่งทำให้สัญญาณเอาต์พุตของตัวส่งสัญญาณผันผวน จำเป็นต้องแยกแยะความแตกต่างระหว่างการสั่นสะเทือนของกระบวนการจริงกับความเสียหายจากการกระแทกต่อเครื่องมือ

4. การจับคู่ช่วง: การกำหนดช่วงการวัดที่กว้างเกินไป เช่น การใช้เครื่องส่งสัญญาณที่มีช่วงการวัด 0-10 MPa สำหรับแรงดันใช้งานจริงเพียง 0.3 MPa จะจำกัดประสิทธิภาพการวัดในส่วนที่มีแรงดันต่ำ ช่วงการวัดที่เลือกควรตรงกับช่วงการวัดของกระบวนการจริง

6. จุดสำคัญในการเลือกใช้เครื่องส่งสัญญาณแรงดัน

นอกเหนือจากช่วงการวัดแล้ว ให้ประเมินเงื่อนไขต่อไปนี้อย่างครอบคลุม:

1. ช่วงการวัด: ครอบคลุมการทำงานปกติ การสตาร์ทเครื่อง และแรงดันกระชาก;

2. ระดับความแม่นยำ: ตรวจสอบคำจำกัดความของความแม่นยำจากเอกสารข้อมูลของผู้ผลิต

3. ความต้านทานต่อแรงดันเกิน: สามารถทนต่อแรงดันที่พุ่งขึ้นอย่างฉับพลันได้

4. วัสดุที่สัมผัสกับของเหลว: วัสดุไดอะแฟรมที่เข้ากันได้กับสารกัดกร่อน;

5. เงื่อนไขการใช้งาน: การป้องกันการระเบิด อุณหภูมิสูง ความชื้นสูง และข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ

7. สรุป

ลำดับการส่งสัญญาณที่สมบูรณ์ของเครื่องส่งสัญญาณแรงดันอัจฉริยะ: แรงดันปานกลางทำให้ไดอะแฟรมเปลี่ยนรูป → เซ็นเซอร์ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย → แผงวงจรทำการคำนวณและแปลงค่า → สัญญาณ 20mA จำนวน 4 สัญญาณถูกส่งไปยังระบบควบคุม → ค่าแรงดันที่อ่านได้จะแสดงในห้องควบคุม

การแก้ไขปัญหาหน้างานไม่ควรเน้นเฉพาะตัวส่งสัญญาณเท่านั้น จุดวัดแรงดัน ท่อส่งแรงดัน การติดตั้ง การตั้งค่าพารามิเตอร์ และสายสัญญาณ ล้วนเป็นส่วนหนึ่งของระบบวัดแรงดันโดยรวม ในฐานะผู้ผลิตเครื่องมือวัดแรงดัน Auto Instrument จัดจำหน่ายตัวส่งสัญญาณแรงดันสัมบูรณ์ ตัวส่งสัญญาณแรงดันไอน้ำ ตัวส่งสัญญาณแรงดันสูง และตัวส่งสัญญาณแรงดันแบบคาปาซิทีฟ สำหรับสภาวะกระบวนการที่หลากหลาย การประเมินตัวกลาง อุณหภูมิ และข้อกำหนดด้านการป้องกันการระเบิดอย่างเหมาะสมในระหว่างการเลือก จะช่วยลดความล้มเหลวในการบำรุงรักษาในภายหลังได้อย่างมาก การเข้าใจหลักการทำงานจะช่วยให้การเลือก การติดตั้ง และการจัดการข้อผิดพลาดของตัวส่งสัญญาณเป็นไปอย่างราบรื่น