2.1 cảm biến và thiết bị chấp hànhtnu.edu.vn/sites/quynhntt/bi ging chia s/industrial...
TRANSCRIPT
Page 1
2. Các thiết bị đo lường, thiết bị chấp hành và điều khiển
2.1 Cảm biến và thiết bị chấp hành
courtesy ABB
2008 June, HK
Industrial Automation
2/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.1. Khái niệm
2.1. Cảm biến và các thiết bị chấp hành
2.1.1 Khái niệm
2.1.2 Chức năng
2.1.3 Mô hình mạch
2.1.4 Các đặc trưng cơ bản
2.1.5 Cấu trúc chung của cảm biến thông minh
2.1.6 Đo nhiệt độ
2.1.7 Đo lưu lượng
2.1.8 Đo áp suất và mức
2.1.9 Đo các đại lượng cơ học
2.1.10 Thiết bị chấp hành
2.2. Thiết bị điều khiển
2.3. Các bộ điều khiển lôgic khả trình
Page 2
3/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
-Thiết bị đo- cảm biến:
Thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên các biến
trạng thái của quá trình.
-Thiết bị chấp hành:
Biến đổi tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển thành sự điều
chỉnh vật lý nhằm thay đổi đầu vào của quá trình.
2.1.1. Khái niệm
Thị phần thiết bị của các nhà sản xuất
Emerson (Fisher-Rosemount): 27 %
Invensys: 4-5%
ABB: 4-5%
Honeywell: 3-4%
4/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.2. Chức năng
- Cảm biến cảm nhận, đo đạc và đánh giá thông số hệ thống.
- Bộ điều khiển tính toán xử lý thông tin đưa ra tín hiệu điều khiển.
- Cơ cấu chấp hành thực hiện các yêu cầu điều khiển quá trình.
Page 3
5/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.3. Mô hình mạch
Coi cảm biến như một mạng 2 cửa.
- Cửa vào là biến quá trình cần đo V.
- Cửa ra là giá trị đo được M.
- Phương trình mô tả quan hệ:
M= f(V)
6/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.4. Các đặc trưng cơ bản
Page 4
7/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
8/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Các tín hiệu và các chuẩn
Chuẩn điện học thông dụng nhất được dùng để truyền tín hiệu là dùng một tín hiệu dòng điện từ 4- 20 mA
Page 5
9/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
c. Dải đo, ngưỡng nhạy và khả năng phân ly
- Dải đo ( span, full scal, range) của một giá trị đo được xác định bởi giá trị đo lớn nhất và nhỏ nhất:
D= Xmax-Xmin
10/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Ngưỡng nhạy: khi x giảm thì Y cũng giảm theo nhưng với Δx < ε thì không thể phân biệt được ΔY
- Khả năng phân ly (Resolution):
max minX - XDR = =
ε ε
Với D = Xmax – Xmin là thang đo (thường Xmin = 0)
Vì các thiết bị đo khác nhau có độ nhạy khác nhau,
nên để so sánh tính nhạy của thiết bị người ta dùng
khái niệm khả năng phân ly của thiết bị
Page 6
11/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
e. Độ chính xác và sai số
- Độ chính xác là giá trị đo được gần nhất với giá trị quá trình
- Sai số thường được thể hiện bằng giá trị sai số tuyệt đối:
% 100d
x
x
dx x x
- Sai số tương đối:
12/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Ví dụ: một bộ cảm biến di chuyển thẳng có độ nhạy 1mV
trên 1mm di chuyển. Nếu di chuyển 10mm tạo nên điện
áp 10,5mV thì:
Sai số tuyệt đối :
Δx = 10,5 - 10 = 0,5 mV.
Sai số tương đối:
0,5% 100 5%
10
Page 7
13/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Khi đánh giá sai số của cảm biến ta thường phân thành:
- Sai số hệ thống: không phụ thuôc vào số lần đo, có giá
trị không đổi hoặc thay đổi chậm theo thời gian. Nguyên
nhân:
+ do nguyên lý của cảm biến
+ giá trị đại lượng chuẩn không đúng
+ điều kiện và chế độ sử dụng
+ do xử lý kết quả đo
…
14/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Sai số ngẫu nhiên: xuất hiện có độ lớn và chiều không
xác định
Nguyên nhân:
+ do thay đổi đặc tính của thiết bị
+ do tín hiệu ngẫu nhiên
+ các đại lượng ảnh hưởng như các thông số môi
trường
…
Page 8
15/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
f. Độ lặp và trễ
- Độ lặp là các giá trị đo thu được nhiều lần khi đo tại một điểm
- Độ trễ xảy ra khi giá trị đo được có đáp ứng kịp với sự tăng hay
giảm của giá trị quá trình hay không
16/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.5. Cấu trúc chung của cảm biến thông minh
Page 9
17/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Việc thực hiện một bộ cảm biến thông minh có thể tiến
hành theo hai phương pháp:
- Nếu bộ cảm biến ở đầu vào là cảm biến thông thường
thì đầu ra được đưa vào một vi mạch bao gồm các
CĐCH, MUX, A/D và μP trong một khối có đầu ra qua
bộ ghép nối để đưa thông tin đi xa hay vào máy tính
cấp trên.
- Nếu bản thân cảm biến là vi mạch thì cả cảm biến lẫn
những thiết bị sau nó được để trong một khối
18/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Các chương trình phần mềm bảo đảm mọi hoạt động của cảm biến bao gồm:
- Chương trình thu thập dữ liệu: Khởi động các thiết bị như ngăn xếp, cổng thông tin nối tiếp, đọc số liệu từ cổng vào ADC, điều khiển hoạt động của MUX
- Chương trình biến đổi và xử lý thông tin đo: Biến đổi các giá trị đo được thành mã BCD, mã 7 thanh, mã ASCII, mã chương trình xử lý số liệu đo.
- Chương trình giao diện: đưa hiển thị ra LED hay màn hình, máy in, đọc bàn phím và xử lý chương trình bàn phím, đưa kết quả ra cổng thông tin hay truyền vào mạng, hay gửi tín hiệu cho máy tính cấp trên
Page 10
19/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.6. Đo nhiệt độ
2.1.6.1. Giới thiệu chung
- Việc đo lường, điều khiển nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong điều khiển quá trình.
- Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ được quan tâm nhiều nhất vì nhiệt độ đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của vật chất.
Có bốn phương pháp đo nhiệt độ dựa trên các đặc điểm vật lý sau:
- Sự giãn nở của các vật liệu theo nhiệt độ
- Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ
- Sự thay đổi nhiệt độ ở điểm tiếp xúc giữa hai kim loại khác nhau
- Sự thay đổi năng lượng phát ra theo nhiệt độ
20/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Thang đo nhiệt độ:
Nhiệt độ Kelvin (K)Celsius (0C)
T (0C)=T(K)-273,15
Fahrenheit (0F)
T (0F)=1,8T(0C)+32
Điểm 0 tuyệt đối 0 -273,15 -459,67
Hòa hợp nước –nước đá 273,15 0 32
Cân bằng nước –nước đá – hơi
nước273,16 0,01 32,018
Nước sôi 373,15 100 212
Page 11
21/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.6.2. Các phương pháp đo nhiệt độ và ứng dụng trong công nghiệp
1. Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở
- Độ dẫn điện của kim loại tỉ lệ nghịch với nhiệt độ
- Điện trở của kim loại có hệ số dương: điện trở kim loại tăng khi nhiệt độ tăng
22/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
a. Nhiệt điện trở platin
- Platin là vật liệu cho nhiệt điện trở dùng rộng rãi trong công nghiệp
- Dải đo nhiệt độ của NĐT platin trong khoảng –250 đến 850 0C
+Khi nhiệt độ từ 0 6600C thì
Rt =R0 (1+At +Bt2)
+Trong khoảng từ -180 00C thì
Rt = (1+At +Bt2 +C(t-100)3)
A, B, C là các hằng số tra trong
sổ tay kỹ thuật
+Khoảng nhiệt độ t < -1800C và
t> 6600C thì quan hệ Rt =f(t)
được lập thành bảng.
Page 12
23/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Nhiệt điện trở Nickel
- Nhiệt điện trở Nickel so với platin rẻ tiền hơn
- Dải đo chỉ từ -60 đến 250 0C
Có đặc tính giống như nhiệt
điện trở đồng = 5.10-3 /0C
24/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
c. Nhiệt điện trở đồng
Phương trình chuyển đổi của nhiệt điện trở đồng trong dải từ –50
1800C được xem là tuyến tính: Rt = R0(1+t)
Trong đó: R0 là điện trở của nhiệt điện trở tại 00 C,
là hệ số nhiệt điện trở = 4,3.10-3 /0C
Trong trường hợp R0 chưa biết ta dùng biểu thức sau:
R2 = 1
21
t
)t(R
Trong đó R1 và R2 là giá trị điện trở tại các nhiệt độ t1 và t2,
=1/ là hằng số, với đồng thì = 234.
+ Nhiệt điện trở Platin
Page 13
25/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
c. Các cấu trúc của cảm biến nhiệt điệntrở platin và nickel
- Nhiệt điện trở với vỏ gốm
- Nhiệt điện trở với vỏ thuỷ tinh
- Nhiệt điện trở với vỏ nhựa
- Nhiệt điện trở với kỹ thuật màng mỏng
26/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
d. Ứng dụng trong công nghiệp
Nhiệt điện trở RM và RH của Yokogawa
- Nhiệt điện trở RM và RH
có thành phần điện trở là
platin (Pt100 hay Pt50)
- RM được ứng dụng trong
các quá trình nói chung
- RH thích hợp với các quá
trình có áp suất cao
Page 14
27/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện
a. Cặp nhiệt điện
- Hai kim loại được hàn với nhau
- Đốt nóng một điểm đến nhiệt độ t1
và đầu còn lại giữ ở nhiệt độ thấp hơn t2 sẽ xuất hiện một dòng trong mạch.
Nếu để hở một đầu thì giữa hai cực xuất hiện một sức điện động nhiệt
- Dòng điện này phụ thuộc vào kim loại và nhiệt độ t1, t2
28/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Khi hai mối hàn có cùng nhiệt độ t0 thì sđđ tổng:
EAB= eA(t0) - eB(t0) = 0
Khi t1 ≠ t2 thì: EAB= eA(t1) - eB(t2) .
Nếu t2 =const thì: EAB= eA(t1) - C = f(t)
với C= eB(t2) = const.
Như vậy bằng cách đo sđđ ta có thể tìm được nhiệt độ t của đối tượng đo với t0 = const.
Page 15
29/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Các luật của cặp nhiệt điện
- Luật 1: hiệu ứng nhiệt điện chỉ
phụ thuộc vào nhiệt độ của
các điểm kết nối
- Luật 2: Các kim loại có thể
được gắn thêm vào trong
mạch mà không ảnh hưởng
đến điện thế
- Luật 3: Có thể gắn thêm một kim loại thứ ba vào một trong hai điểm tiếp xúc
30/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Luật 4: Luật của các kim loại trung gian
- Luật 5: Luật của các nhiệt độ trung gian
Page 16
31/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
c. Sự thay đổi tính chất cặp nhiệt điện theo thời gian
Sau một thời gian đo ở nhiệt độ cao, sẽ xuất hiện sự “lão hoá” hay sự “trượt” của kết quả đo đạc cặp nhiệt điện
d. Nguyên nhân gây sai số trong phép đo với cặp nhiệt điện
- Khi có sự đứt đoạn đầu đo
- Khi hai dây của cặp nhiệt điện bị ẩm ướt
- Không có vỏ bọc chống nhiễu
- Cặp nhiệt điện nằm không đủ sâu vào môi trường cần đo
32/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
f. Các loại cặp nhiệt điện theo tiêu chuẩn quốc tế
E : Chromel/Constantan
J : Sắt/Constantan
T : Đồng/Constantan
K : Chromel/Alumel
R : Platin-Rođi (13%)/Platin
S : Platin-Rođi (10%)/Platin
B : Platin-Rođi (30%)/
Platin-Rođi (6%)
Page 17
33/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
g. Ứng dụng trong công nghiệp
Cặp nhiệt điện CM và CH của Yokogawa
- CM: dùng cho các
ứng dụng chung
- CH: dùng đo nhiệt
độ ở nơi có áp
suất cao
34/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.7. Đo áp suất và mức
2.1.7.1. Giới thiệu chung
1. Đại cương về áp suất
- Phần lớn các loại cảm biến áp suất hiện nay được chế tạo từ vật liệu silic với hiệu ứng điện trở áp điện
- Các loại cảm biến áp suất bán dẫn biến đại lượng vật lý áp suất thành tín hiệu điện.
- Hầu hết các cảm biến áp suất đều có một phần tử biến đổi trị số đo từ năng lượng cơ học thành năng lượng điện gắn trên màng đàn hồi.
Page 18
35/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
36/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
* Màng phẳng :
- Nếu làm bằng kim loại thì dùng để đo áp suất cao.
- Nếu làm bằng cao su vải tổng hợp, tấm nhựa thì đo áp suất nhỏ hơn (loại này thường có hai miếng kim loại ép ở giữa).
- Còn loại có nếp nhăn nhằm tăng độ chuyển dịch nên phạm vi đo tăng.
- Có thể có lò xo đàn hồi ở phía sau màng.
Page 19
37/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
38/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
* Hộp đèn xếp : có 2 loại
- Loại có lò xo phản tác dụng, loại này màng đóng vai trò cách ly với môi trường.
Muốn tăng độ xê dịch ta tăng số nếp gấp thường dùng đo áp suất nhỏ và đo chân không.
- Loại không có lò xo phản tác dụng.
* ống buốc đông:
Là loại ống có tiết diện là elíp hay ô van uốn thành cung tròn ống thường làm bằng đồng hoặc thép, nếu bằng đồng chịu áp lực < 100 kG/cm2 khi làm bằng thép (2000 tới 5000 kG/cm2).
Page 20
39/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Lựa chọn vật liệu cho màng đàn hồi phải dựa theo một số yếu tố:
- Sự đàn hồi cao nhất
- Nhiệt độ làm việc tối đa
- Sự “mỏi” của vật liệu
- Sự chịu đựng với các hoá chất ăn mòn
40/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2. Định nghĩa và đơn vị áp suất
a. Định nghĩa
- Áp suất được định nghĩa là lực tác động trên một đơn vị diện tích
p = F/A
- Việc đo áp suất được hiểu là đo áp suất với một áp suất tiêu chuẩn
Áp suất tiêu chuẩn có thể là:
- Áp suất khí quyển
- Áp suất chân không
- Áp suất khác: hiệu áp
Page 21
41/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Đơn vị áp suất
- Đơn vị của áp suất trên lý thuyết là
N/m2
- Đơn vị được dùng rộng rãi trong thực tế là
kPa (kPa = N/cm2)
42/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
3. Đo mức
- Với các chất lỏng, để lưu trữ cũng như vận chuyển, đòi hỏi việc hiển thị mức chất lỏng.
- Mức thường liên quan đến thể tích
Page 22
43/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Có 4 loại bề mặt cần quan tâm trong điều khiển mức:
- Chất lỏng/ khí
- Chất rắn/ khí
- Chất lỏng 1/ chất lỏng 2
- Chất rắn/ chất lỏng
44/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.7.2. Các phương pháp đo áp suất, mức và ứng dụng trong công nghiệp
1. Cảm biến đo áp suất
a. Cảm biến áp suất điện trở áp điện
- Dựa trên hiệu ứng áp điện:
Vật liệu áp điện khi chịu tác dụng của lực cơ học biến thiên thì trên bề mặt của nó xuất hiện các điện tích, khi lực ngừng tác dụng thì các điện tích biến mất
Page 23
45/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
46/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Page 24
47/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Cảm biến áp suất điện dung đo hiệu suất
- Điện dung C1, C2 bị thay đổi theo hiệu suất Δp = p1 – p2
48/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2. Đo mức chất lỏng
a. Đo mức chất lỏng bằng phương pháp đo điện dung
Page 25
49/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Đo mức chất lỏng bằng cách đo áp suất và hiệu áp
50/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Page 26
51/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
c. Đo mức chất lỏng bằng sóng siêu âm
- Phương pháp đo bằng
sóng siêu âm dựa trên
sóng âm thanh tần số cao
- Một bộ phát và thu sóng
được đặt trên đỉnh thùng
chứa
- Mức trong thùng chứa
được tính từ các tín hiệu phản xạ lại lên bộ thu
52/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
3. Ứng dụng trong công nghiệp
Thiết bị đo áp suất và mức EJA của Yokogawa
EJA là thiết bị đo và
chuyển đổi áp suất vi
sai dựa trên các cảm
biến cộng hưởng theo
sự thay đổi áp suất đầu
vào.
Page 27
53/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
54/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.7.2. Các phương pháp đo lưu lượng và ứng dụng trong công nghiệp
1. Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy
a. Nguyên lý đo
- Dựa trên hiệu ứng sự phát sinh dòng xoáy khi xuất hiện một vật cản nằm trong lưu chất
- Các dòng xoáy xuất hiện tuần tự và bị dòng chảy cuốn trôi đi
- Theodor von Karman đã tìm ra nguyên nhân sự dao động khi đặt một vật nằm trong dòng chảy: đó là sự sinh ra và biến mất của các dòng xoáy bên cạnh vật cản.
- Phía sau dòng chảy hình thành con đường dòng xoáy Karman
Page 28
55/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
56/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Tần số sự biến mất của dòng xoáy ( và cả sự xuất hiện) là một hiệu ứng dùng để đo lưu lượng bằng thể tích.
Hằng số Strouhal S:
fbS
v
b – đường kính vật cản
f – tần số dòng xoáy
v – vận tốc dòng xoáy
- với điều kiện S k phụ thuộc trị số Reynold:
1. .vQ b A f
S A – diện tích mặt cắt ngang
của dòng chảy
Page 29
57/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Để hình thành một con đường dòng xoáy có tính xác định và lặp lại
thật tốt, vật cản có thể có hình dạng:
58/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Trong các thiết bị đo trên thị trường, vật cản được dùng có hình lăng kính
Page 30
59/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Một số ưu điểm của phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy:
• Tần số dòng xoáy không bị ảnh hưởng bởi sự dơ bẩn hay hư hỏng nhẹ của vật cản
• Sai số phép đo nhỏ
• Độc lập với các tính chất vật lý của môi trường dòng chảy
• Không có bộ phận chuyển động cơ học và cấu trúc khá đơn giản
• Thích hợp để đo chất lỏng, khí và hơi
60/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Ứng dụng trong công nghiệp
Lưu lượng kế xoáy YEWFLO của Yokogawa
- Nguyên lý làm việc:
dựa trên hiện tượng tạo xoáy được biết đến như
nguyên lý von Karman
Giả sử tần số của các xoáy tạo ra là f, vận tốc dòng chảy là v và độ
rộng của thanh tạo xoáy là d,
ta có:
f = StV/d
Page 31
61/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Trị số St là một số không thứ nguyên phụ thuộc vào hình dạng và kích cỡ của thanh tạo xoáy.
• Khi biết được trị số St có thể tính được lưu lượng tỉ lệ bằng cách đo tần số xoáy
62/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Cấu trúc
1) Bộ chuyển đổi
2) Miếng đệm
3) Thành phần cảm
biến
4) Thanh tạo xoáy
5) Màn hình hiển thị tín
hiệu đầu ra
6) Dây tín hiệu cảm biến
Page 32
63/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Ứng suất tạo ra mỗi khi có các xoáy được phát hiện bởi các cảm biến (thành phần áp điện) đặt bên trong thanh tạo xoáy
Có 2 thành phần áp điện để
phân biệt các lực tạo ra bởi
xoáy và các lực được tạo ra
do các yếu tố khác
64/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Các quy định về lắp đặt
(1) Đường ống
• Lắp lưu lượng kế theo chiều mũi tên cùng
chiều dòng chảy vào
• Các hình minh hoạ dưới đây thể hiện khoảng
cách tối thiểu giữa lưu lượng kế với các đoạn
nối và điểm nối khác
Page 33
65/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
66/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Page 34
67/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Việc lắp đặt các điểm đo áp suất và nhiệt độ trên cùng một đường ống với lưu lượng kế có quy định về khoảng cách như sau:
68/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Lưu lượng kế xoáy không thể đo được lưu chất trong các trường
hợp:
Page 35
69/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Đường kính của lưu lượng kế phải nhỏ hơn đường kính ống
70/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Để đo được chính xác lưu lượng, phải đo với các đường ống luôn đầy
Page 36
71/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Các lưu chất chứa cả chất lỏng và khí sẽ gây ra lỗi trong quá trình đo.
72/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Tránh lắp đặt lưu lượng kế trong trường hợp có mức chất lỏng trong ống giữ nguyên ở trạng thái không đổi
Page 37
73/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
(2) Môi trường
- Không lắp đặt trong môi trường có nhiệt độ thay đổi đột ngột
- Không lắp đặt trong môi trường dễ bị ăn mòn, lắp đặt ở chỗ có thông gió
- Không được cho lưu lượng kế vào trong bất cứ một chất lỏng nào
- Lắp đặt trong những môi trường hạn chế thấp nhất mức va chạm và chấn động.
74/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2. Phương pháp đo bằng sóng siêu âm
a. Nguyên lý đo
- Cảm biến và nguồn phát siêu âm bằng vật liệu áp điện
• Tần số, độ dài sóng và vận tốc truyền sóng liên kết với nhau:
• Vận tốc truyền sóng lệ thuộc vào đặc tính của môi trường
• Sóng siêu âm được tạo nên bởi các vật liệu áp điện
0 .C f
Page 38
75/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Các cảm biến siêu âm nằm cách nhau một khoảng L trong ống dẫn có lưu chất dịch chuyển một vận tốc v. Cảm biến 1 phát sóng và cảm biến 2 thu sóng, vận tốc truyền sóng được gia tăng thêm thành phần v.cos
Với phương pháp đo sóng siêu âm ta được vận tốc v của dòng chảy và su khi nhân v với diện tích mặt cắt của ống, thu được lưu lượng tính bằng thể tích
76/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Phương pháp hiệu số tần số truyền sóng
Cảm biến 1 gửi một xung cho cảm biến 2. Cảm biến 2 trả lời bằng một xung cho cảm biến 1 và làm cho cảm biến một phát đi một xung. Gọi f1 là tần số cảm biến 1, f2 là tần số của cảm biến 2.
Vận tốc dòng chảy v độc lập với vận tốc truyền sóng C0:
Vì tần số được đo từ một chuỗi xung, do đó phép đo mất thời gian. Sự phản hồi sóng siêu âm của các bọt nước, vật rắn trong chất lỏng… gây nhiễu cho phép đo.
1 2( )2cos
Lv f f
Page 39
77/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Phương pháp hiệu số thời gian truyền sóng
Cả 2 cảm biến đối diện nhau phát cùng lúc một sóng siêu âm. Cả 2 đầu tiên hoạt động như nguồn phát sau đó hoạt động như nguồn thu sóng siêu âm của nhau.
t1: thời gian truyền sóng từ 1 đến 2
t2: thời gian truyền sóng từ 2 đến 1
Vận tốc dòng chảy được xác định rất nhanh chóng với trường hợp này:
2 1
1 22cos
t tLv
t t
78/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Phương pháp hiệu chỉnh độ dài sóng (hiệu chỉnh pha)
Khi vận tốc truyền sóng thay đổi và với tần số không đổi thì độ dài sóng phải thay đổi.
Chọn tần số f0 sao cho với vận tốc dòng chảy v=0 thì khoảng cách giữa hai cảm biến bằng n0 .
Với phương pháp này, tần số siêu âm được thay đổi sao cho dù với vận tốc dòng chảy nào ta luôn có khoảng cách giữa 2 cảm biến L= l0 =n .0 .
Vận tốc dòng chảy được xác định
01 2
2cos
lv f f
Page 40
79/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Ứng dụng trong công nghiệp:
Lưu lượng kế siêu
âm SITRAN F US của
Siemens
80/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Nguyên lý làm việc
• 2 bộ chuyển đổi sóng siêu âm sẽ lần lượt gửi cho nhau những tín hiệu sóng siêu âm
• Đo được 2 đại lượng thời gian thực tAB và tBA qua lại giữa các tín hiệu này Nếu có dòng chảy vào, thời gian qua lại giữa các tín hiệu sẽ nhanh hơn với chiều xuôi và chậm hơn với chiều ngược lại
• Sự chênh lệch về thời gian này chính là giá trị vận tốc của dòng chảy VM
Page 41
81/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Lắp đặt:
• Lưu lượng kế
có thể lắp trên
những đường
ống ngang hay
dọc
82/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
• Khoảng cách
giữa lưu
lượng kế với
các thiết bị
trên cùng
đường ống
Page 42
83/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
• Giá trị đo chỉ chính xác khi lắp đặt lưu lượng kế ở những đường
ống luôn đầy
84/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
• Không nên lắp
đặt lưu lượng
kế ở ngay phía
đầu ra của lưu
chất
Page 43
85/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
• Tránh lắp đặt lưu lượng kế tại những điểm cao nhất
86/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
3. Phương pháp đo lưu lượng bằng cảm ứng điện từ
a. Nguyên lý đo
- Định luật cảm ứng điện từ của Faraday: một dây dẫn phát sinh một điện thế khi nó di chuyển trong từ trường
- Điện thế này tỷ lệ với vận tốc di chuyển của dây dẫn điện và cường độ của từ trường
- Hiệu ứng này được dùng trong
phương pháp đo lưu lượng các chất
lỏng dẫn điện có chứa các ion
mang điện tích
Page 44
87/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Một số ưu điểm của lưu lượng kế cảm ứng điện từ
• Mặt cắt của dòng chảy không bị thu hẹp bởi các ống blende (tấm nghẽn) hay ống phun (ventury)
• Có thể đo được các chất lỏng dơ bẩn, môi trường độc hại, ăn mòn cao...
• Khoảng đo rộng và độ chính xác cao
• Được dùng ở những nơi áp suất và nhiệt độ cao, nơi dể cháy nổ, ngập lụt
88/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Ứng dụng trong công nghiệp:
Lưu lượng kế điện từ ADMAG AE
của Yokogawa
- Nguyên lý làm việc
• Dựa trên định luật cảm ứng điện từ của Faraday
• Dùng một chất lỏng dẫn điện chảy qua giữa 2 cực của một nam
châm và đo sức điện động sinh ra trong chất lỏng thì có thể xác
định được tốc độ của dòng chảy hay lưu lượng.
Page 45
89/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
90/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Một nguyên nhân khác cũng dẫn đến sự sai lệch về độ chính xác
của phép đo đó là ảnh hưởng của các chất ăn mòn bám lên điện
cực
Page 46
91/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Lắp đặt
• Khoảng cách lắp đặt để đảm bảo độ chính xác
92/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
• Vị trí lắp đặt để đảm bảo độ chính xác
Page 47
93/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
• Đo lưu lượng với chất lỏng luôn đầy
94/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Đo chất lỏng không có lẫn bọt khí
Page 48
95/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
4. Đo lưu lượng bằng nghẽn tiêu chuẩn (hay nguyên lý thay đổi độ giảm áp suất)
a. Nguyên lý đo
- Lý thuyết cơ bản
• Một trong những nguyên tắc phổ biến để đo lưu lượng chất lỏng, khí và hơi là nguyên tắc thay đổi độ giảm áp suất qua ống thu hẹp
• Nếu một thiết bị thu hẹp được đặt trong đường ống có lưu chất chảy qua, sẽ có sự chênh áp suất trước và sau lỗ thu hẹp
• Độ chênh áp này phụ thuộc vào lưu lượng chảy qua ống
96/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Page 49
97/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Phương trình cơ bản của lưu lượng kế chênh áp
- Lưu chất không chịu nén:2 1 2
22
1
2( )
1 ( )D
A P PQ C
AA
ρ :tỷ trọng của lưu chất
CD : hệ số phóng ( 0,97 với ống venturi; 0,6 với tấm nghẽn;
hoặc xác định theo chuẩn ISO 5167:1980, hoặc chuẩn BS
1042)
98/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Lưu chất chịu nén:2
1 1 2
22
1
2 ( )
1 ( )D
AQ C P P
AA
ρ1 :tỷ trọng của khí tại áp suất P1
ε : hệ số tỷ lệ mở rộng ( xác định bởi chuẩn BS 1042 hoặc
ISO 5167)
Page 50
99/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Tấm nghẽn
- Đơn giản chỉ gồm
một tấm kim loại
hình tròn được chèn
thêm vào mặt bích
của đường ống
- Tấm nghẽn có tác
dụng tạo ra một sự
chênh áp đo được tại D và D/2 với D là đường kính của ống
100/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Page 51
101/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
- Khi tiến hành lắp đặt tấm
nghẽn trên đường ống,
nên để một khoảng trống
ít nhất mười lần đường
kính ống trước và sau
tấm nghẽn
- Khi sử dụng tấm nghẽn
đo lưu lượng khí kết hợp
với van điều khiển, phải lắp đặt tấm nghẽn trước van điều khiển
102/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Có nhiều cách bố
trí vòi lấy tín hiệu
áp suất được sử
dụng với tấm
nghẽn
- Các cách bố trí
thường gặp nhất
được trình bày ở
đây
Page 52
103/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
c. Đo độ chênh áp
- Việc chuyển đổi tín hiệu chênh
áp thành tín hiệu điện đòi hỏi
phải có một bộ biến đổi áp
suất vi sai (Δp)
- Việc lắp đặt đường ống dẫn áp
suất phải thận trọng để tránh
các vấn đề xảy ra do sự ngưng
tụ của các chất lỏng và các túi khí
104/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
d. Ứng dụng trong công nghiệp:
Lưu lượng kế
chênh áp EJA của
Yokogawa
- EJA lấy tín hiệu chênh áp được tạo ra từ tấm nghẽn.
- Nguyên lý hoạt động, cách lắp đặt, bố trí và các quy định của bộ chuyển đổi EJA cũng tuân theo các mục đã trình bày ở trên
Page 53
105/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
5. Lưu tốc kế cánh quạt
Dùng để đo tốc độ dòng chảy qua một ống dẫn, thường công tơ nước hoặc đo tốc độ của tàu biển
106/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Page 54
107/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
6. Đo lưu lượng chất rắn bằng các loại cân băng tải
a. Nguyên lý đo
- Ngoài việc đo lưu lượng của chất lỏng, chất khí, trong các dây chuyền sản xuất, người ta còn quan tâm đến việc đo lưu lượng của chất rắn.
- Để đo được lưu lượng của các vật liệu rắn, trong các nhà máy công nghiệp thường sử dụng các loại cân băng tải
- Tốc độ của băng tải là tốc độ vật liệu được truyền tải v(m/s)
- Tải của băng truyền là trọng lượng của vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài σ (kg/m)
- Lưu lượng dòng chảy của vật liệu được tính bằng: Q = σ.v
108/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Cấu trúc chung của một hệ cân băng tải gồm các bộ phận
Page 55
109/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
b. Ứng dụng trong công nghiệp
- Cấu trúc của một hệ thống điều khiển lưu lượng chất rắn
110/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Hai yếu tố chính cần quan tâm trong hệ điều chỉnh lưu lượng cân
băng tải
• Đo trọng lượng của nhiên liệu trên băng tải
• Điều chỉnh tốc độ động cơ
Page 56
111/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.10. Thiết bị chấp hành2.1.10.1. Giới thiệu chung
- Thiết bị chấp hành là thiết bị biến đổi đầu ra của bộ điều khiển
thành sự điều chỉnh vật lý để thực hiện việc thay đổi đầu vào của
quá trình
- Thiết bị chấp hành thường gặp:
Các rơle contactor, các thiết bị đốt nóng, các loại van (hoặc bơm) chất lỏng hoặc chất khí, các loại động cơ điện (quay hoặc tuyến tính): cuộn solenoid, DC, AC, động cơ bước….
- Trong điều khiển quá trình, loại thiết bị chấp hành phổ biến nhất là van điều khiển
112/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Trong điều khiển quá trình, loại thiết bị chấp hành phổ biến nhất là van điều khiển. Thực tế có nhiều loại van điều khiển:
van điều khiển khí nén, điện khí nén, thuỷ lực, điện từ...
Page 57
113/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Actors (Actuators)
About 10% of the field elements are actors (that influence the process).
Actors can be binary (on/off) or analog (e.g. variable speed drive)
The most common are:
- electric contactors (relays)
- heating elements
- pneumatic and hydraulic movers (valve, pump)
- electric motors (rotating and linear)
Solenoids,
DC motor
Asynchronous Motors (Induction)
Synchronous motors
Step motors, reluctance motors
Actors are controlled by the same electrical signal levels as sensors use
(4..20mA, 0..10V, 0..24V, etc.) but at higher power levels (e.g. to directly move a
contactor (disjoncteur).
Stellantriebe, Servomoteurs
114/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Drives (variateurs de vitesse, Stellantriebe)
Variable speed drives control speed and acceleration and protect the motor
(over-current, torque, temperature).
High-power drives can feed back energy to the grid when braking (inverters).
Drives is an own market (“Automation & Drives”)
simple motor control cabinet for power of > 10 kW small drive control < 10 kW
(Rockwell)
Motors are a separate business
Page 58
115/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Linear Motors
source: LinMot (/www.linmot.com)
116/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Hydraulics and fluidics…
Pumps, valves, rods,…
source: www.bachofen.ch
fluidic switches
switchboard ("Ventilinsel")
the most widespread actor in industry
(lightweight, reliable, cheap)
I/P or E/P = electro-pneumatic transducers
Page 59
117/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
118/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.5 Transducers
2.1 Instrumentation
2.1.1 Market
2.1.2 Binary instruments
2.1.3 Analog Instruments
2.1.4 Actors
2.1.5 Transducers
2.1.6 Instrumentation diagrams
2.1.7 Protection classes
2.2 Control
2.3 Programmable Logic Controllers
Page 60
119/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Transducer
A transducer converts the information supplied by a sensor (piezo, resistance,…)
into a standardized signal which can be processed digitally.
Some transducers have directly a digital (field bus) output and are integrated
in the sensor.
Other are located at distances of several meters from the sensor.
120/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Example of analog transducer
Emergency panel
PLC
Control Room
CurrentTransformer
0..1A rms
Field house
Transducer
4..20 mA R = Load
High voltage
Protection
Page 61
121/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
4-20 mA loop standard
The transducer acts as a current source which delivers a current between 4 and 20 mA,
proportional to the measurand (Messgrösse, valeur mesurée).
Information is conveyed by a current, the voltage drop along the cable induces no error.
0 mA signals an error (wire disconnection)
The number of loads connected in series is limited by the operating voltage (10..24 V).
e.g. if (R1 + R2+ R3) = 1.5 k, i = 24 / 1.5 = 16 mA, which is < 20 mA: NOT o.k.)
Simple devices are powered directly by the residual current (4mA) allowing to transmit
signal and power through a single pair of wires.
Transducer instrument
1
instrument
2
instrument
3
0, 4..20 mA
R1 R2 R3
Object
i = f(v)
10..24V
voltage
source
measurand
122/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Analog measurements processing in the transducer
Acquisition (Erfassung/Saisie)
Correction of pressure and temperature measurement for moist gases,correction of level in function of pressure, power and energy computation, cumulative measurements
Range, Limit supervision, Wire integrityError report, diagnostic, disabling.
Combined measurement
Plausibility
Filtering against 50Hz/60Hz noise and its harmonicsScaling,Linearization of sensors (Pt100, Fe-Const), correction (square root for flow).Averaging and Computation of Root Mean Square (Effektivwert, valeur efficace),Analog-Digital Conversion
Shaping (Aufbereitung/conditionnement)
Normalized Signals: 0-10V, 2-10V, (0/4-20mA), ±20mA, Resistance thermometer (Pt100), Thermo-element
Page 62
123/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.6 Instrumentation diagrams: P&ID
2.1 Instrumentation
2.1.1 Market
2.1.2 Binary instruments
2.1.3 Analog Instruments
2.1.4 Actors
2.1.5 Transducers
2.1.6 Instrumentation diagrams
2.1.7 Protection classes
2.2 Control
2.3 Programmable Logic Controllers
124/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Instrumentation Diagrams
Similarly to electrical schemas, the control industry (especially the chemical and
process industry) describes its plants and their instrumentation by a
P&ID (pronounce P.N.I.D.) (Piping and Instrumentation Diagram),sometimes called P&WD (Piping and wiring diagrams)
The P&ID shows the flows in a plant (in the chemical or process industry) and the
corresponding sensors or actors.
At the same time, the P&ID gives a name ("tag") to each sensor and actor, along with
additional parameters.
This tag identifies a "point" not only on the screens and controllers, but also on the
objects in the field.
Page 63
125/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
P&ID example
4, Combustor C2
2, Air Heater C1
3, SOFC Outlet
3, SOFC Inlet
TA51B
TI
TETETEPT
TA51A
TI
TA51C
TI
Chimney
Emission
Analysis
PT22
PI
TA22B
TI
TE TE TE PT
TA22A
TI
TA22C
TI
Process Air Exhaust
Blow Off Valve
BE
10 x
TE
TC2M1 - M10
TI
FLAMDETC2
BS
Ingnitor
Box
BE
10 x
TE
TC1M1 - M10
TI
Fuel Supply
SSVGAS3
IC
Atmosphere
PT21
PI
TA21B
TI
TE TE TE PT
TA21A
TI
TA21C
TI
Rotary block valve
V52
IC
TETA62
TI
7, Heat
exchanger
6, Recuperator
TE
Latchable
Check Valve
S
SVGAS2
IC
FLAMDETC1
BS
TA32B
TI
TE TE TE
TA32C
TI
TA32A
TI
PT32
PI
PT
TY
IP
Regulator Valve
TY
IP
SVGAS1
IC
S
S
EMICO
E
EMIUHC
E
EMICO2
E
EMIO2
E
EMINOX
E
AIT
AIT
AIT
AIT
AIT
PT51
PI
Fro
m s
am
ple
pro
be
at
C1
exit
TBVCOOL
ICTBVDEP
IC
PT
TE
PT12
PI
TA12
TI
IGNITC2
IC
TW72
TI
PTPT52
PI
TETA52
TI
G
AC Grid
Modulatable
Load
PCS1,
C
5,
T
LOP
PI
SPEED
SI
PTST
0, A
ir I
nle
t
PT
TE
PT02
PI
TA02
TI
SV12
IC
R
Ingnitor
Box C1
IGNITC1
IC
Piping and Instrumentation Diagram for MTG100FC Engine Tests
S
VPPWMC2
IC
FO
VMPWMC2IC
S
S
VMPWMC1IC
S
S
S
VPPWMC1
IC
FO
Fuel flow C2 MFM
Fuel flow C1 MFM
126/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
P&ID
The P&ID mixes pneumatic / hydraulic elements, electrical elements
and instruments on the same diagram
It uses a set of symbols defined in the ISA S5.1 standard.
Examples of pneumatic / hydraulic symbols:
pipe
valve
binary (or solenoid) valve (on/off)
350 kW heater
vessel / reactor
pump, also
heat exchangeranalog valve (continuous)
one-way valve (diode)
Page 64
127/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Instrumentation identification
V1528
FIC
S
tag name of the
corresponding
variable
here: V1528
function
(here: valve)
mover
(here: solenoid)
The first letter defines the measured or initiating variables such as Analysis (A), Flow (F),
Temperature (T), etc. with succeeding letters defining readout, passive, or output functions such
as Indicator (I), Record (R), Transmit (T), see next slides, here: flow indicator digital
128/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
ISA S5.1 General instrument or function symbols
Primary location
accessible to
operator
Field mounted
Auxiliary location
accessible to
operator
Discrete
instruments
Shared
display, shared
control
Computer
function
Programmable
logic control
1. Symbol size may vary according to the user's needs and the type of document.2. Abbreviations of the user's choice may be used when necessary to specify location.3. Inaccessible (behind the panel) devices may be depicted using the same symbol but with a dashed horizontal bar.Source: Control Engineering with data from ISA S5.1 standard
Page 65
129/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Example of P&ID
FT101 is a field-mounted flow
transmitter connected via
electrical signals (dotted line) to
flow indicating controller FIC
101 located in a shared
control/display device
Square root extraction of the
input signal is part of FIC 101’s
functionality.
The output of FIC 101 is an electrical signal to TY 101
located in an inaccessible or behind-the-panel-board location.
The output signal from TY 101
is a pneumatic signal (line with
double forward slash marks)
making TY 101 an I/P (current
to pneumatic transducer)
TT 101 and TIC 101 are
similar to FT 101 and FIC 101
but are measuring,
indicating, and controlling
temperature
TIC 101’s output is connected
via an internal software or
data link (line with bubbles) to
the setpoint (SP) of FIC 101
to form a cascade control
strategy
130/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
The ISA code for instrument type
First letter
Measured or initiating variable Modifier
A AnalysisB Burner, combustionC User's choiceD User's choice DifferentialE VoltageF Flow rate Ration (fraction)G User's choiceH HandI Current (electrical)J Power ScanK Time, time schedule Time rate of changeL LevelM User's choice MomentaryN User's choiceO User's choiceP Pressure, vacuumQ Quantity Integrate, totalizerR RadiationS Speed, frequency SafetyT TemperatureU MultivariableV Vibration, mechanical analysisW Weight, forceX Unclassified X axisY Event, state, or presence Y axisZ Position, dimension Z axis
Page 66
131/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Common connecting lines
Connection to process, or
instrument supply
Pneumatic signal
Electric signal
Capillary tubing (filled system)
Hydraulic signal
Electromagnetic or sonic signal
(guided)
Internal system link
(software or data link)Source: Control Engineering with data from ISA S5.1 standard
132/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
2.1.7 Protection Classes
2.1 Instrumentation
2.1.1 Market
2.1.2 Binary instruments
2.1.3 Analog Instruments
2.1.4 Actors
2.1.5 Transducers
2.1.6 Instrumentation diagrams
2.1.7 Protection classes
2.2 Control
2.3 Programmable Logic Controllers
Page 67
133/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
German IP-Protection classes
2nd digit water
0 none
1 vertically falling
2 vertically dropping, 15° from vertical
3 spraying, 60° from vertical
4 spraying, any direction
5 jet, any direction
6 strong jet, any direction
• protection against temporary dipping
(30 mn, 1 m)
• protection against permanent dipping
• 9K water in high-pressure steam
washing
1st digit touching objects
0 none
1 large body object > 50 mm Ø
surface
2 finger object >12.5 mm Ø
3 tools, wires object > 2.5 mm Ø
4 covered object >1 mm Ø
5 dust
6 hermetical
for dust
e.g. IP 67 connector
134/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Explosion protection
Instruments that operate in explosive environments
(e.g. petrochemical, pharmaceutical, coal mines,...) are subject to particular restrictions.
e.g.
They may not contain anything that can produce sparks or high heat,
such as electrolytic capacitors or batteries without current limitation.
Their design or programming may not be altered after their acceptance.
Their price is higher than that of standard devices because they have to undergo
strict testing (Typentest, type test) by a qualified authority (TÜV in Germany)
Such devices are called Eex - or "intrinsic safety devices" (Eigensichere Geräte, "Ex-Schutz",
protection anti-déflagrante, "Ex" ) and are identified by the following logo:
Page 68
135/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
European Explosion-Proof Code
Eex-devices are "safe" (certified) to be used in an explosive environment.
They must have passed a type test at TÜF (Germany), UL (USA),...
Swiss Norm: "Verordnung über Geräte und Schutzsysteme in explosionsgefährdeten Bereichen"
136/52 2.1 InstrumentationIndustrial Automation
Assessment
How are binary process variables measured ?
How are analogue process variables measured ?
How is temperature measured ?
What is the difference between a thermocouple and a thermoresistance ?
How is position measured (analog and digital) ?
What is a Grey encoder ?
How is speed measured ?
How is force measured ?
What is a P&ID ?
What is a transducer ?
How does a 4..20 mA loop operate ?
Page 69