Подбор приборов E+H: выходные, входные сигналы и электропитание

После определения класса взрывозащиты прибора следующим шагом является выбор параметров выходных и входных сигналов, а также электропитания. Эти параметры напрямую влияют на способ передачи сигнала, совместимость системы и схему питания, являясь ключевым этапом подбора.

Типы выходных сигналов и протоколы связи

Выходной сигнал — это способ подключения для передачи питающего сигнала прибора и протокол связи. По типу можно выделить три вида:

  • Чисто аналоговый (0/4...20 мА): передача токового сигнала по кабелю, один канал передаёт только один параметр, простая проводка, но ограниченная функциональность.
  • Шина (Profibus PA/DP): одним проводом подключается несколько устройств, возможна одновременная передача нескольких параметров и удалённая настройка; при этом DP не имеет взрывозащиты.
  • Аналоговый + HART: передача параметров и возможность удалённой настройки или просмотра неисправностей, совместим со старыми системами.

Количество выходов: 1x означает 1 выход, 2x означает 2 выхода. Базовое значение — это основной измеряемый параметр, который должен передаваться; дополнительное значение — это опциональная дополнительная информация.

Типы входных сигналов

Входные сигналы включают следующие распространённые типы:

  • 4-20 мА SIL HART: аналоговый токовый сигнал 4-20 мА для передачи основного измеряемого значения; SIL — сертификация уровня полноты безопасности; HART накладывает цифровой сигнал поверх 4-20 мА, позволяя одновременно передавать измеряемое значение и состояние устройства, поддерживает удалённую калибровку.
  • Частотный сигнал: передача данных в виде частоты импульсов, подходит для быстро меняющихся параметров, помехоустойчивость выше, чем у аналогового сигнала.
  • Вход/выход состояния: выход состояния отражает состояние самого устройства; вход состояния принимает внешний коммутационный сигнал, обеспечивая взаимосвязанное управление устройством и внешней системой.
  • PROFIBUS PA/DP: PA подходит для автоматизации процессов, поддерживает взрывоопасные зоны, позволяет подключать несколько устройств и передавать несколько наборов данных; DP подходит для автоматизации производства, высокая скорость передачи, хорошая реальная производительность, без взрывозащиты.
  • Активный/пассивный Ex-i: активный — устройство само питает сигнальную цепь; пассивный — сигнальная цепь требует внешнего питания, более энергоэффективен, подходит для маломощных сценариев во взрывоопасных зонах (Ex-i означает искробезопасный тип, подходит для взрывоопасных зон).

Способы электропитания

Основные способы электропитания:

  • 2-проводная схема (2-Wire): два провода используются для питания прибора и передачи данных, простая проводка, подходит для искробезопасной взрывозащиты.
  • 3-проводная схема: к 2-проводной схеме добавляется один провод питания, обеспечивая разделение питания и передачи сигнала.
  • 4-проводная схема: два провода питания, два сигнальных провода, полнодуплексный режим, но высокая стоимость проводки.

Способы передачи сигнала

Способы передачи сигнала включают аналоговые, цифровые и смешанные сигналы:

  • Аналоговый сигнал 4-20 мА: сигнал постоянного тока соответствует измеряемому значению, это стандартный аналоговый сигнал в промышленности, наиболее распространён.
  • Протокол HART: поверх аналогового сигнала 4-20 мА накладывается высокочастотный цифровой сигнал для интеллектуальной связи.
  • Чисто аналоговый сигнал: например, 0-10 В DC / 0-5 В DC, простая проводка, но малое расстояние передачи, низкая помехоустойчивость и отсутствие интеллектуальных функций, постепенно устаревает.
  • Чисто цифровой сигнал: например, Modbus (RTU/TCP), PROFINET, Foundation Fieldbus (FF), EtherNet/IP, позволяет объединять несколько устройств в сеть, высокая скорость передачи.

Характеристики питания

Характеристики питания выбираются в зависимости от условий электроснабжения на объекте:

  • 85-260 В AC: широкий диапазон переменного тока, совместим с большинством электросетей мира (например, 220 В в Китае, 230 В в Европе, 110 В в США), не требует учёта регионального напряжения.
  • 20-55 В AC / 16-62 В DC: широкий диапазон совместимости переменного и постоянного тока, можно подключать низковольтный переменный или постоянный ток, подходит для централизованного питания в промышленных шкафах управления.

CSA Gen.Purp — это универсальная сертификация, соответствующая североамериканским стандартам электробезопасности.

Конфигурация дисплея и корпуса

Конфигурация дисплея и корпуса прибора влияет на удобство эксплуатации и срок службы. Разумный выбор дисплея упрощает настройку, а защита корпуса обеспечивает стабильную работу прибора в тяжёлых условиях.

Конфигурация дисплея и управления

Конфигурации дисплея и управления разнообразны и удовлетворяют различные сценарии:

  • С локальным дисплеем и управлением: оснащён «2-строчным дисплеем + физическими кнопками», удобен для непосредственного просмотра данных и настройки параметров на месте, подходит для сценариев, требующих работы на объекте.
  • Без локального дисплея и управления: нет локального дисплея и кнопок, требуется удалённая настройка параметров через центральную систему или специальное ПО, подходит для случаев, когда место установки неудобно для работы на месте.

Типы дисплеев

Существует несколько типов дисплеев устройств:

  • Базовые дисплеи: включают семисегментный дисплей (без кнопок), а также семисегментный дисплей (без кнопок, с поддержкой беспроводного подключения Bluetooth).
  • Продвинутые интерактивные: графический дисплей (управление сенсорными кнопками), а также графический дисплей (управление сенсорными кнопками, с поддержкой беспроводного подключения Bluetooth).
  • Специальные адаптации: устройство может быть без встроенного локального дисплея; при необходимости можно дополнительно установить дисплейный модуль.

Цветной дисплей означает, что дисплей устройства способен отображать несколько цветов, что позволяет более чётко и наглядно представлять различную информацию.

Отображение огибающей на месте

Огибающая является ключевым техническим параметром уровнемеров, отражает форму сигнала, излучаемого прибором, и сигнала, отражённого от измеряемой среды, что важно для точности и анализа измерений уровня.

Способы интерактивного управления

Способы интерактивного управления включают:

  • Без кнопок: устройство не имеет традиционных физических кнопок, используются сенсорный экран, виртуальные кнопки, датчики давления, голосовое управление и другие способы взаимодействия, что делает работу более технологичной и удобной.
  • Кнопки в сочетании с дисплеем: варианты сочетания кнопок и дисплея разнообразны, включая внутренние кнопки управления + ЖК-экран, внешние кнопки управления + ЖК-экран, а также только внутренние кнопки управления — выбор зависит от фактических потребностей.

Функция глухой крышки

Глухая крышка защищает соответствующие цепи, а также предотвращает ошибочные действия, обеспечивая безопасность и стабильность использования устройства.

Языковые версии дисплея

Устройство поддерживает несколько языковых версий дисплея, которые можно гибко выбирать в зависимости от региона использования:

  • WEA: охватывает западноевропейские и мировые языки, подходит для Европы, Латинской Америки и других регионов.
  • SEA: охватывает языки Юго-Восточной Азии и японский, подходит для Японии, Индонезии и других стран Юго-Восточной Азии.
  • EES: охватывает языки Восточной и Северной Европы, подходит для России, Польши, стран Северной Европы и других регионов.

Применение и подбор сенсоров

Сенсор — это основной измерительный компонент прибора; его категория измерения, материал, диапазон и точность калибровки напрямую влияют на результат измерений. Ниже описаны ключевые моменты выбора параметров сенсоров.

Категория измерения: избыточное и абсолютное давление

Категория измерения сенсора делится на два вида:

  • Избыточное давление: за опорную базу принимается местное атмосферное давление, измеряется разность между измеряемым давлением и атмосферным.
  • Абсолютное давление: за опорную базу принимается абсолютный вакуум, измеряется фактическое давление измеряемой системы.

Материал электродов и мембран

Материал электродов сенсора аналогичен материалу мембран; при этом «пуля» означает, что форма электрода — пулевидная, что уменьшает прилипание высоковязких и сильноагрессивных сред.

Применение делится на два вида:

  • Стандартное: сенсор манометра непосредственно контактирует с измеряемой средой, давление среды воздействует на чувствительный элемент сенсора, преобразуется через деформацию чувствительного элемента в электрический сигнал или механическое перемещение, в итоге выдаётся измеряемое значение.
  • Мембранный разделитель: также называется изолирующим; между датчиком давления и измеряемой средой добавляется гибкая разделительная мембрана и полость с заполняющей жидкостью; измеряемая среда, воздействуя на разделительную мембрану, передаёт давление заполняющей жидкости, которая затем передаёт давление на чувствительный элемент сенсора.

Типы мембран

Основные типы мембран:

  1. Отсутствует: датчик температуры непосредственно контактирует с измеряемой средой.
  2. Прямой тип: датчик температуры и «уплотнительная мембрана/теплопроводящее основание» представляют собой единую конструкцию с плотным контактом; тепло измеряемой среды передаётся напрямую по пути «среда → уплотнительная мембрана → теплопроводящее основание → датчик».
  3. Термоизолирующий тип: с помощью уплотнительной мембраны и других компонентов датчик отделяется от измеряемой среды, при этом обеспечивается эффективная передача тепла к датчику для точного измерения температуры.

Диапазон сенсора и единицы калибровки

Диапазон сенсора делится на шесть случаев; пользователь может выбрать в зависимости от условий работы:

Диапазон Значение давления
Низкое давление 1 бар / 100 кПа / 15 psi
Средне-низкое давление 4 бар / 400 кПа / 60 psi
Среднее давление 10 бар / 1 МПа / 150 psi
Средне-высокое давление 40 бар / 4 МПа / 600 psi
Высокое давление 100 бар / 10 МПа / 1500 psi
Сверхвысокое давление 400 бар / 40 МПа / 6000 psi

Единицы калибровки сенсора: % (процент диапазона), мбар/бар, кПа/МПа, мм вод. ст./м вод. ст., дюйм вод. ст./фут вод. ст., psi (фунт-сила на квадратный дюйм).

Порядок выбора электродов

Если требуется выбрать электроды, можно действовать по следующему порядку:

  1. Сначала определить, нужны ли цифровые Memosens: при сильных помехах, частой замене сенсоров, необходимости удалённой диагностики выбирают цифровые; при простых условиях, отсутствии помех и редкой замене сенсоров выбирают аналоговые электроды.
  2. Затем определить тип pH-электрода: для чистой среды и высокой точности (±0,01 pH) выбирают стеклянный электрод; для среды с частицами/маслами, склонной к ударам, содержащей фтор, выбирают ISFET-электрод.
  3. Далее оценить необходимость дополнительных функций: при больших колебаниях температуры, необходимости прослеживаемости данных и сигнализации неисправностей выбирают цифровые или аналоговые дополнительные; при нормальной температуре, отсутствии потребности в прослеживаемости и ручном обходе выбирают цифровые или аналоговые базовые.

Точность калибровки и прослеживаемость

Точность калибровки имеет два варианта: 0,2% и 0,5%, что отражает требования к классу точности. Прослеживаемость калибровки включает:

  • 3-точечная калибровка: калибровка в трёх точках диапазона — «низкая, средняя, высокая», более полная, чем одноточечная, охватывает точность во всём диапазоне измерений.
  • Прослеживаемость ISO/IEC17025: калибровка выполняется лабораторией, соответствующей международному стандарту ISO/IEC17025, что придаёт большую авторитетность и надёжность.
  • Заводской сертификат калибровки по 5/10 точкам: калибровка устройства в 5 или 10 различных измерительных точках; чем больше точек, тем обычно тщательнее контроль точности калибровки.
  • Платиновый уровень: может означать, что устройство достигло более высокого класса точности или качества; такие устройства лучше по точности измерений, стабильности и другим показателям.

Выбор материала мембраны

Материал мембраны сенсора напрямую влияет на коррозионную стойкость; распространённые материалы:

Материал Особенности
Нержавеющая сталь 316L Универсальный коррозионностойкий материал, соответствует международным стандартам, подходит для большинства обычных коррозионных сред.
Alloy C276 (хастеллой C276) Высококачественный коррозионностойкий материал, специально для сильноагрессивных сред, выдерживает сильные кислоты, щёлочи и другие жёсткие среды.
Монель (Monel/Alloy400) Обладает хорошей коррозионной стойкостью, подходит для различных агрессивных сред.
Тантал (Ta) Серебристо-белый металлический элемент, обладает превосходной коррозионной стойкостью, противостоит многим сильнокоррозионным средам.
Дуплексная нержавеющая сталь Коррозионная стойкость близка к 316L, при этом обладает преимуществом по прочности.
Супердуплексная нержавеющая сталь По коррозионной стойкости и прочности превосходит обычную дуплексную сталь (например, марки 1.4462).
Супердуплексная нержавеющая сталь 904L Высокое содержание никеля (23-28%), отличная коррозионная стойкость, подходит для сильноагрессивных условий.
Чистый никель Хорошая стойкость к сильным щелочам (например, концентрированному гидроксиду натрия).
Чистый титан Выдерживает коррозию морской воды, хлора и разбавленных кислот (например, разбавленной соляной кислоты).

Коррозионная стойкость и эксплуатационные характеристики гальванических покрытий мембран от лучших к худшим: родий (Rhodium) > золото (Gold) > хастеллой C (Alloy C).

Конфигурация мембранного разделителя с температурной адаптацией (TempC)

TempC обозначает температурную совместимость, то есть данный мембранный разделитель благодаря конструкции температурной компенсации или выбору термостойких материалов и заполняющей жидкости может стабильно работать в определённом температурном диапазоне, избегая повреждений. В зависимости от заполняющей жидкости распространённые температурные диапазоны:

  • Нормальная температура: -20℃~80℃
  • Средняя температура: -50℃~200℃
  • Высокая температура: 200℃~400℃

Основная функция мембранного разделителя — изоляция измеряемой среды от сенсора. Мембранный разделитель из материала 316L с конструкцией TempC обеспечивает, что в условиях средней коррозии и определённой температуры мембрана не будет корродировать, а заполняющая жидкость не застынет и не испарится, что гарантирует точность передачи давления.

Перечисленные параметры охватывают различные аспекты работы прибора и могут быть выбраны в соответствии с фактическими условиями и потребностями.