Przetworniki pomiarowe

Przetworniki pomiarowe rozwiązują problem niezgodności między sygnałem czujnika a wejściem regulatora, sterownika lub rejestratora. Jeśli układ mierzy poprawnie, ale system nie potrafi tego odczytać, zwykle brakuje właściwej konwersji sygnału. W kategorii Pomiar – przetworniki, układy pomiarowe i czujniki wybór dotyczy kierunku przetwarzania, rodzaju czujnika i typu wyjścia analogowego.

Wspólnym zadaniem tej grupy jest przetwarzanie sygnałów pomiarowych bez zmiany wyniku pomiaru. Dostępne są warianty zamieniające 0-10 V na 4-20 mA i odwrotnie, a także wykonania współpracujące z czujnikiem PT100, termoparami J, K i N oraz wersje do pomiaru temperatury z wyjściem napięciowym albo prądowym.

Czym różni się przetwornik od czujnika i kiedy jest potrzebny?

Przetwornik pomiarowy nie zastępuje czujnika, tylko dopasowuje jego sygnał do reszty instalacji. Czujnik mierzy wielkość fizyczną, a przetwornik zmienia postać sygnału na taką, jakiej oczekuje regulator. Jest potrzebny wtedy, gdy wejście układu nie obsługuje sygnału z czujnika albo z innego toru analogowego.

Modele zamieniające napięcie na prąd i prąd na napięcie działają jak analogowo-analogowe przetworniki pomiarowe A/A. W praktyce oznacza to zmianę standardu transmisji bez utraty informacji o mierzonej wartości. Taki układ sprawdza się przy modernizacji maszyn, rozbudowie szafy sterowniczej albo wymianie regulatora na model z innym wejściem.

Jak dobrać wejście i wyjście bez błędu?

Dobór zaczyna się od dwóch informacji. Najpierw trzeba ustalić, jaki sygnał wychodzi z czujnika lub z istniejącej pętli pomiarowej, a potem sprawdzić, jaki sygnał przyjmuje urządzenie nadrzędne. Z tych informacji wynika, czy potrzebna jest wersja napięciowa, prądowa czy do przetwarzania temperatury.

Przy wyborze warto sprawdzić pięć punktów:

• zgodność typu wejścia z czujnikiem PT100, termoparą typu J, K lub N albo sygnałem 0-10 V czy 4-20 mA
• zgodność typu wyjścia z wejściem regulatora, sterownika lub rejestratora
• zakres pomiarowy i skalowanie całego toru
• napięcie zasilania, najczęściej 24 V DC
• charakterystykę przetwarzania, zwykle liniową, rzadziej nieliniową

Sygnał napięciowy 0-10 V jest często spotykany w systemach automatyki, ale przy dłuższych przewodach praktyczniejsza bywa pętla 4-20 mA. Wyjście prądowe jest mniej wrażliwe na spadki napięcia i zakłócenia, co ma znaczenie zwłaszcza w zastosowaniach, w których pracują dozowniki wody, bo stabilny sygnał pomaga utrzymać powtarzalny proces. W krótkich połączeniach wewnątrz maszyny oba standardy mogą działać równie dobrze, jeśli wejścia urządzeń są zgodne.

Który wariant pasuje do konkretnego toru pomiarowego?

Właściwy wariant wynika z tego, co jest źródłem sygnału i które urządzenie ma go dalej odbierać. Gdy źródłem jest PT100, wybór dotyczy wersji PT100 z wyjściem napięciowym albo prądowym. Gdy pomiar opiera się na termoparze, trzeba dobrać dokładnie ten sam typ czujnika, bo termopary J, K i N mają inne charakterystyki.

W praktyce najczęściej wybiera się:

• wariant sygnał-sygnał przy zmianie standardu między 0-10 V a 4-20 mA
• wariant PT100 przy pomiarze rezystancyjnym temperatury
• wariant termoparowy przy czujnikach J, K lub N
• wariant temperatura-wyjście, gdy układ ma podawać gotowy sygnał napięciowy albo prądowy

Błąd zwykle nie leży w samym przetworniku, lecz w założeniu, że różne czujniki temperatury można traktować zamiennie. Prawidłowe przetwarzanie sygnałów pomiarowych wymaga zgodności typu wejścia, zakresu i sposobu liniaryzacji, czyli przeliczenia sygnału czujnika na wartość użyteczną dla automatyki.

Jak rozpoznać błędy wynikające z nieprawidłowego doboru?

Nieprawidłowo dobrany przetwornik zwykle daje objawy od razu. Odczyt bywa stale zaniżony albo zawyżony, skala kończy się zbyt wcześnie, punkt zerowy się przesuwa, a sygnał wyjściowy zatrzymuje się na minimum lub maksimum. Przy termoparach częstym objawem jest prawidłowa reakcja na zmianę temperatury przy błędnych wartościach w całym zakresie.

Przy diagnozie warto kolejno zweryfikować:

• typ czujnika i zgodność wejścia z PT100 albo z termoparą typu J, K lub N
• kierunek konwersji między 0-10 V a 4-20 mA
• zakres pomiarowy oraz skalowanie wejścia i wyjścia
• napięcie zasilania przetwornika
• wymaganą charakterystykę liniową albo potrzebę korekcji nieliniowości

Dobrze dobrane przetworniki pomiarowe porządkują pracę całego toru analogowego i eliminują problem niezgodnych standardów sygnału. Przy kilku zbliżonych wariantach warto porównać wejście, wyjście, rodzaj czujnika i zasilanie, ponieważ te cztery parametry decydują o zgodności z instalacją.