Selección de instrumentos E+H: Salidas, entradas y alimentación
Después de determinar el nivel de protección contra explosiones del instrumento, el siguiente paso es seleccionar parámetros como salidas, entradas y alimentación. Estos parámetros afectan directamente el modo de transmisión de señales, la compatibilidad del sistema y el esquema de alimentación, y constituyen un paso central en la selección.
Tipos de salida y protocolos de comunicación
La salida se refiere al modo de conexión y al protocolo de comunicación para la transmisión de señales de alimentación del instrumento. Según el tipo, se puede dividir en tres categorías:
- Analógica pura (0/4...20mA): transmite la señal de corriente mediante cable; 1 canal de señal solo puede transmitir 1 parámetro; el cableado es sencillo pero las funciones son limitadas.
- Bus (Profibus PA/DP): conecta varios dispositivos con 1 solo cable, puede transmitir varios parámetros simultáneamente y también permite ajustar parámetros de forma remota; entre ellos, DP no es a prueba de explosiones.
- Analógica + HART: transmite parámetros y además permite ajustar parámetros de forma remota o consultar fallos, compatible con sistemas antiguos.
En cuanto al número de salidas, 1x significa 1 salida y 2x significa 2 salidas. El valor básico es el parámetro de medición central y debe transmitirse; el valor adicional es información complementaria opcional.
Tipos de señal de entrada
Las señales de entrada incluyen los siguientes tipos comunes:
- 4-20mA SIL HART: señal de corriente analógica de 4-20mA para transmitir el valor de medición central; SIL es la certificación de nivel de integridad de seguridad; HART superpone una señal digital sobre 4-20mA, puede transmitir simultáneamente el valor de medición y el estado del dispositivo, y admite calibración remota.
- Señal de frecuencia: transmite datos mediante frecuencia de pulsos, adecuada para parámetros que cambian rápidamente; su capacidad de inmunidad a interferencias es superior a la analógica.
- Entrada/salida de estado: la salida de estado refleja el estado del propio dispositivo; la entrada de estado recibe señales de interruptores externos y permite el control coordinado entre el dispositivo y sistemas externos.
- PROFIBUS PA/DP: PA es adecuado para automatización de procesos, admite zonas a prueba de explosiones, puede conectar varios dispositivos y transmitir múltiples conjuntos de datos; DP es adecuado para automatización de fábrica, con alta velocidad de transmisión y gran capacidad en tiempo real, pero no es a prueba de explosiones.
- Activo/pasivo Ex-i: activo significa que el propio dispositivo alimenta el circuito de señal; pasivo significa que el circuito de señal requiere alimentación externa, es más eficiente energéticamente y adecuado para escenarios de bajo consumo en zonas a prueba de explosiones (Ex-i indica tipo de seguridad intrínseca, adecuado para zonas a prueba de explosiones).
Modos de alimentación
Los modos de alimentación son principalmente los siguientes tres:
- 2 hilos (2-Wire): utiliza dos cables para alimentar el instrumento y transmitir datos; el cableado es sencillo y es adecuado para seguridad intrínseca a prueba de explosiones.
- 3 hilos: añade un cable de alimentación sobre la base de 2 hilos, separando la alimentación y la transmisión de señal.
- 4 hilos: dos cables de alimentación y dos de señal, logrando dúplex completo, pero con alto coste de cableado.
Modos de transmisión de señal
Los modos de transmisión de señal incluyen señales analógicas, digitales y mixtas:
- Señal analógica 4-20mA: utiliza una señal de corriente continua correspondiente al valor medido; es la señal analógica estándar en el ámbito industrial y la más utilizada.
- Protocolo HART: superpone una señal digital de alta frecuencia sobre la señal analógica 4-20mA para lograr comunicación inteligente.
- Señal analógica pura: como señales de tensión 0-10V DC / 0-5V DC; el cableado es sencillo pero la distancia de transmisión es corta, la inmunidad a interferencias es deficiente y no tiene funciones inteligentes, por lo que está siendo eliminada gradualmente.
- Señal digital pura: como Modbus (RTU/TCP), PROFINET, Foundation Fieldbus (FF), EtherNet/IP; permite controlar varios dispositivos en red y la velocidad de transmisión es relativamente alta.
Especificaciones de alimentación
Las especificaciones de alimentación deben seleccionarse según las condiciones de suministro en sitio:
- 85-260VAC: corriente alterna de amplio rango, compatible con la red eléctrica de la mayoría de las regiones del mundo (como 220V en China, 230V en Europa, 110V en EE. UU.), sin necesidad de distinguir el voltaje por región.
- 20-55VAC / 16-62VDC: compatibilidad amplia de CA/CC, puede conectarse a corriente alterna de baja tensión o corriente continua de baja tensión, adecuada para escenarios de alimentación centralizada en armarios de control industrial.
CSA Gen.Purp es una certificación general conforme a las normas de seguridad eléctrica de Norteamérica.
Configuración de visualización y carcasa
La configuración de visualización y carcasa del instrumento afecta la facilidad de operación y la vida útil. Un modo de visualización razonable puede simplificar la puesta en marcha, mientras que la protección de la carcasa garantiza el funcionamiento estable del instrumento en entornos adversos.
Configuración de visualización y operación
La configuración de visualización y operación de los equipos es variada y puede satisfacer las necesidades de diferentes escenarios:
- Con visualización y operación local: equipado con “pantalla de 2 líneas + teclas físicas”, facilita la consulta directa de datos y la configuración de parámetros en sitio; adecuado para escenarios que requieren operación local.
- Sin visualización ni operación local: sin pantalla ni teclas locales; requiere configuración remota de parámetros mediante sistema de control central o software especializado; adecuado para casos en los que la ubicación de instalación no facilita la operación en sitio.
Tipos de pantalla
Existen varios tipos de pantallas en los equipos, como se detalla a continuación:
- Categoría de visualización básica: incluye pantalla de caracteres de siete segmentos (sin teclas) y pantalla de caracteres de siete segmentos (sin teclas y con conexión inalámbrica Bluetooth).
- Categoría de interacción avanzada: pantalla gráfica (operación por teclas táctiles) y pantalla gráfica (operación por teclas táctiles y con conexión inalámbrica Bluetooth).
- Categoría de adaptación especial: el equipo también puede elegirse sin función de visualización local; si se requiere, se puede añadir un repuesto de visualización adicional.
Visualización en color significa que la pantalla del equipo tiene capacidad para mostrar múltiples colores, lo que permite presentar todo tipo de información de forma más clara e intuitiva.
Visualización de envolvente en sitio
La envolvente, como parámetro técnico central de los instrumentos de medición de nivel, puede reflejar la forma de onda de la señal emitida por el instrumento y de la señal reflejada por el medio medido, y tiene gran importancia para la precisión y el análisis de la medición de nivel.
Modos de operación interactiva
Los modos de operación interactiva incluyen:
- Sin teclas: el equipo elimina las teclas físicas tradicionales y utiliza pantalla táctil, teclas virtuales, sensores de presión, control por voz u otros medios para realizar operaciones interactivas, lo que aporta mayor sensación tecnológica y comodidad.
- Teclas combinadas con visualización: las formas de combinación entre teclas y visualización son variadas, incluyendo teclas de operación internas + pantalla LCD, teclas de operación externas + pantalla LCD, y solo teclas de operación internas; se puede elegir según las necesidades reales.
Función de tapa ciega
La tapa ciega puede proteger los circuitos correspondientes y, al mismo tiempo, evitar operaciones erróneas, garantizando la seguridad y estabilidad de uso del equipo.
Versiones de idioma de visualización
El equipo admite varias versiones de idioma de visualización, que pueden seleccionarse flexiblemente según la región de uso:
- WEA: cubre lenguas de Europa Occidental y de uso global; adecuado para Europa, América Latina y otras regiones.
- SEA: cubre el sudeste asiático y la región de Japón; adecuado para Japón, Indonesia y otros países del sudeste asiático.
- EES: cubre lenguas de Europa Oriental y del Norte; adecuado para Rusia, Polonia, los países nórdicos y otras regiones.
Aplicación y selección de sensores
El sensor es el componente central de medición del instrumento; su categoría de medición, material, rango y precisión de calibración afectan directamente el resultado de la medición. A continuación se presentan los puntos clave para la selección de parámetros relacionados con el sensor.
Categoría de medición: presión manométrica y absoluta
La categoría de medición del sensor se divide en dos tipos:
- Presión manométrica: toma la presión atmosférica local como referencia y mide la diferencia entre la presión medida y la presión atmosférica.
- Presión absoluta: toma el vacío absoluto como referencia y mide el valor de presión real del sistema medido.
Material del electrodo y diafragma
El material del electrodo del sensor es similar al material del diafragma; entre ellos, “ojiva” significa que la forma del electrodo es de ojiva, lo que puede reducir la adherencia de medios de alta viscosidad y fuerte corrosividad.
Su aplicación se divide en dos tipos:
- Estándar: el sensor del instrumento de presión está en contacto directo con el medio medido; la presión del medio actúa directamente sobre el elemento sensible del sensor y, mediante la deformación del elemento sensible, se convierte en señal eléctrica o desplazamiento mecánico, emitiendo finalmente el valor medido.
- Sello de diafragma: también llamado tipo aislado; entre el sensor de presión y el medio medido se añade un diafragma flexible de aislamiento y una cámara de líquido de relleno; el medio medido comprime el diafragma de aislamiento y transmite la presión al líquido de relleno, y este a su vez transmite la presión al elemento sensible del sensor.
Tipos de diafragma
Los tipos de diafragma son principalmente los siguientes:
- Ninguno: el sensor de temperatura está en contacto directo con el medio medido.
- Tipo directo: el sensor de temperatura y el “sello de diafragma/base conductora de calor” forman una estructura integrada en contacto estrecho; el calor del medio medido se conduce directamente por la ruta “medio→sello de diafragma→base conductora de calor→sensor”.
- Tipo de aislamiento térmico: separa el sensor del medio medido mediante componentes como el sello de diafragma, al mismo tiempo que garantiza que el calor pueda transmitirse eficazmente al sensor, logrando así una medición de temperatura precisa.
Rango del sensor y unidades de calibración
El rango del sensor se divide en seis casos; el usuario puede elegir según el entorno de trabajo:
| Rango de medición | Valor de presión |
|---|---|
| Baja presión | 1bar / 100kPa / 15psi |
| Media-baja presión | 4bar / 400kPa / 60psi |
| Media presión | 10bar / 1MPa / 150psi |
| Media-alta presión | 40bar / 4MPa / 600psi |
| Alta presión | 100bar / 10MPa / 1500psi |
| Ultraalta presión | 400bar / 40MPa / 6000psi |
Las unidades de calibración del sensor se dividen en: % (porcentaje del rango), mbar/bar (milibar/bar), kPa/MPa (kilopascal/megapascal), mmH₂O/mH₂O (milímetro de columna de agua/metro de columna de agua), inH₂O/ftH₂O (pulgada de columna de agua/pie de columna de agua), psi (libra fuerza por pulgada cuadrada).
Pasos para la selección del electrodo
Si se necesita seleccionar un electrodo, se pueden seguir los siguientes pasos:
- Primero, ver si las condiciones del proceso requieren Memosens digital: para interferencias fuertes, necesidad de cambio frecuente de sensores o diagnóstico remoto, elegir digital; para condiciones simples, sin interferencias y con cambio poco frecuente de sensores, elegir electrodo analógico.
- Luego, definir el tipo de electrodo de pH: si el medio es limpio y se requiere alta precisión (±0.01pH), elegir electrodo de vidrio; si el medio contiene partículas/grasa, es propenso a colisiones o contiene flúor, elegir electrodo ISFET.
- Después, determinar si se necesitan funciones adicionales: si hay grandes fluctuaciones de temperatura, se requiere trazabilidad de datos o alarma de fallos, elegir adicional digital o adicional analógico; si es temperatura ambiente, sin necesidad de trazabilidad e inspección manual, elegir básico digital o básico analógico.
Precisión de calibración y trazabilidad de la calibración
La precisión de calibración tiene dos opciones: 0.2% y 0.5%, que representan el requisito de nivel de precisión. La trazabilidad de la calibración incluye:
- Calibración de 3 puntos: se calibra en los tres puntos de rango “bajo, medio y alto” del instrumento; es más completa que la calibración de un solo punto y cubre la precisión de todo el rango de medición.
- Trazable ISO/IEC17025: el proceso de calibración lo realiza un laboratorio conforme a la norma internacional ISO/IEC17025, lo que aporta mayor autoridad y fiabilidad.
- Certificado de calibración de fábrica de 5 puntos/10 puntos: se calibra el equipo en 5 o 10 puntos de medición diferentes; cuanto mayor sea el número de puntos, normalmente más detallado será el control de la precisión de calibración.
- Nivel platino: puede representar que el equipo alcanza un nivel de precisión o calidad superior; este tipo de equipos presenta un mejor desempeño en precisión de medición, estabilidad, etc.
Selección del material del diafragma
El material del diafragma del sensor afecta directamente la resistencia a la corrosión; los materiales comunes son los siguientes:
| Material | Características |
|---|---|
| Acero inoxidable 316L | Material de uso general resistente a la corrosión, conforme a normas internacionales, capaz de hacer frente a la mayoría de entornos corrosivos convencionales. |
| Alloy C276 (Hastelloy C276) | Material de alta gama resistente a la corrosión, diseñado para escenarios de corrosión severa; puede soportar ácidos fuertes, bases fuertes y otros medios corrosivos exigentes. |
| Monel (Monel/Alloy400) | Posee buena resistencia a la corrosión y es adecuado para entornos con diversos medios corrosivos. |
| Tantalio (Ta) | Elemento metálico de color blanco plateado, con excelente resistencia a la corrosión, capaz de resistir diversos medios altamente corrosivos. |
| Acero inoxidable dúplex | Resistencia a la corrosión cercana al acero inoxidable 316L, con cierta ventaja adicional de resistencia mecánica. |
| Acero inoxidable dúplex especial | Superior al acero inoxidable dúplex convencional (como el modelo 1.4462) tanto en resistencia a la corrosión como en resistencia mecánica. |
| Acero inoxidable superaustenítico 904L | Alto contenido de níquel (23-28%), excelente resistencia a la corrosión, adecuado para condiciones de corrosión severa. |
| Níquel puro | Buena resistencia a la corrosión frente a bases fuertes (como hidróxido de sodio concentrado). |
| Titanio puro | Puede resistir la corrosión de medios como agua de mar, cloro y ácidos diluidos (como ácido clorhídrico diluido). |
El desempeño en resistencia a la corrosión y las propiedades de los diafragmas con recubrimiento, de mejor a peor, son: rodio (Rhodium) ＞ oro (Gold) ＞ Hastelloy C (Alloy C).
Configuración de sello de diafragma con adaptación de temperatura (TempC)
TempC representa la compatibilidad de temperatura, es decir, que esta unidad de sello de diafragma, mediante diseño de compensación de temperatura o mediante la selección de materiales resistentes a la temperatura y líquido de relleno, puede trabajar de forma estable dentro de un rango de temperatura específico, evitando daños. Según el líquido de relleno, los rangos de temperatura comunes se dividen en:
- Tipo de temperatura ambiente: -20℃~80℃
- Tipo de temperatura media: -50℃~200℃
- Tipo de alta temperatura: 200℃~400℃
La función central del sello de diafragma es aislar el medio medido del sensor. Un sello de diafragma de material 316L combinado con diseño TempC puede garantizar que, en condiciones de corrosión media y temperatura específica, el diafragma no se corroa y el líquido de relleno no se solidifique ni se vaporice, asegurando así la precisión de la transmisión de presión.
Los parámetros anteriores abarcan diversos aspectos del funcionamiento del instrumento y pueden seleccionarse correspondientemente según las condiciones reales del proceso y los requisitos.