Qualquer pessoa que tenha acabado de entrar em contato com transmissores de pressão terá uma pergunta: o que exatamente há dentro do instrumento que pode determinar a pressão na tubulação?
Os valores de pressão vistos na sala de controle são obtidos através de uma série de conversões.
A compreensão do princípio geral do transmissor de pressão facilitará a solução de problemas no local, como exibição de pressão anormal, desvio de zero e saída instável.
1. O que acontece com a pressão no transmissor?
Ao medir a pressão em ambientes industriais, significa essencialmente aplicar a pressão a um componente que possa detectar a mudança.
A relação de cálculo para pressão é: P = F/A
Pressão = Força aplicada ÷ Área de aplicação. Isto é, com a mesma magnitude de força, as diferentes áreas de aplicação resultam em pressões diferentes.
Os transmissores de pressão são instalados em tubulações, tanques de armazenamento ou equipamentos, e a força mecânica recebida é transmitida à pressão média interna através da interface do processo.
Entre eles, existe um componente chave dentro do transmissor de pressão denominado elemento sensível. Estruturas comuns incluem diafragmas metálicos, diafragmas cerâmicos, estruturas de extensômetros e elementos de medição elásticos.
Tomemos como exemplo o transmissor de pressão do tipo diafragma comumente usado.
Após a pressão média atuar no diafragma, o diafragma sofrerá uma ligeira flexão. Essa alteração é muito pequena e não pode ser vista a olho nu, mas o sensor consegue detectá-la.
Quando a pressão aumenta, o diafragma muda mais; quando a pressão diminui, o diafragma retorna ao seu estado original.
O instrumento determina o nível de pressão com base nesta alteração.
II. Como o sentido do transmissor muda?
Transmissores de pressão de diferentes fabricantes e modelos diferentes podem ter princípios de medição internos diferentes.
Os tipos mais comuns de transmissores de pressão no local incluem tipos piezoresistivos, capacitivos e ressonantes.
Transmissor de pressão piezoresistivo
O transmissor de pressão piezoresistivo mede a pressão detectando a mudança na resistência quando o material é submetido à força.
A pressão atua sobre o diafragma, causando sua deformação. Os elementos piezoresistivos instalados no interior são afetados pela tensão e seus valores de resistência mudam.
O circuito eletrônico detecta essa alteração e então a amplifica, compensa e converte para emitir um sinal de pressão correspondente.
Esta estrutura é amplamente utilizada em sistemas hidráulicos, medição de pressão de equipamentos e medição de tubulações industriais.
Durante a manutenção no local, se houver suspeita de que o sensor interno do transmissor de pressão está danificado ou que o chip piezoresistivo está anormal, um dos motivos a considerar é a anormalidade do chip piezoresistivo.
Transmissor de pressão capacitivo
O método de medição do transmissor de pressão capacitivo está relacionado à mudança na distância.
O instrumento possui dois eletrodos em seu interior. Quando a pressão muda, o diafragma de medição se move, fazendo com que a distância entre os eletrodos mude, e a capacitância também muda de acordo.
O módulo eletrônico detecta a mudança na capacitância e a converte em saída de pressão.
Nas plantas petroquímicas, de energia e químicas, muitos dispositivos de medição de pressão e pressão diferencial de alta precisão adotam essa estrutura.
Transmissor de pressão ressonante
O transmissor de pressão ressonante mede a pressão pela mudança de tensão mecânica causada pela pressão, e a frequência natural do elemento ressonante sensível muda, e então a mudança de frequência é lida pelo circuito eletrônico para calcular o valor da pressão.
Este tipo de instrumento é comumente utilizado em cenários de medição com altos requisitos de estabilidade.
Terceiro, o transmissor de pressão produz 4-20mA?
No local da fábrica, o transmissor de pressão geralmente é conectado ao DCS, PLC ou instrumentos de exibição. Como vemos frequentemente, 0 MPa corresponde a 4 mA; a escala completa corresponde a 20 mA.
Por que não usar 0-20 mA?
Está principalmente relacionado ao uso no local.
Se o ponto zero também for 0 mA, depois que o circuito for desconectado, também será 0 mA e o sistema terá dificuldade em determinar se a pressão é zero ou se há um problema com o circuito.
Depois de usar 4 mA como ponto zero, quando a pressão zero normal está presente, o circuito ainda tem 4 mA; quando o circuito é desconectado, a corrente cairá para quase 0 mA.
O sistema de controle pode usar essa alteração para determinar a anormalidade.
Além disso, o sinal de corrente é menos afetado pela mudança na resistência do condutor e, sob a condição de atender aos requisitos de tensão e carga da fonte de alimentação do circuito, é adequado para transmissão de longa distância em instalações industriais. No entanto, o sinal de corrente também precisa considerar questões de interferência eletromagnética, aterramento, blindagem e colocação de linha.
Hoje em dia, muitos transmissores de pressão inteligentes também possuem comunicação HART, que pode ler parâmetros, verificar status e modificar configurações por meio de um controlador portátil.
Quatro, as diferenças entre pressão manométrica, pressão absoluta e pressão diferencial
Na medição de pressão, frequentemente vemos pressão manométrica, pressão absoluta e pressão diferencial. A diferença entre eles está na seleção da pressão de referência.
Pressão manométrica
A pressão manométrica é o que normalmente chamamos de “pressão” no campo.
Refere-se à pressão atmosférica. Por exemplo, um manômetro mostra 0,6 MPa, indicando que a pressão dentro do equipamento é 0,6 MPa maior que a pressão atmosférica externa.
Para medição de pressão de tubulação e pressão de equipamento, a maioria usa pressão manométrica.
Pressão absoluta
A pressão absoluta refere-se ao vácuo absoluto.
A relação entre os dois: Pressão absoluta = Pressão manométrica + Pressão atmosférica local
Em alguns equipamentos de vácuo e cenários de cálculo de gás, é necessário usar pressão absoluta.
Pressão diferencial
A pressão diferencial mede a diferença de pressão entre duas posições.
Fórmula de cálculo: ΔP = P1 - P2
Por exemplo, um transmissor de pressão diferencial é instalado antes e depois de um filtro. Quando o filtro está limpo, a diferença de pressão entre os dois lados é pequena.
Se a diferença de pressão entre a parte frontal e traseira do filtro aumentar após um período de funcionamento, o sistema pode determinar com base nos dados que isso se deve ao bloqueio do elemento filtrante, causando um aumento na resistência de filtração.
Os medidores de vazão com placa de orifício também calculam a vazão com base no princípio da pressão diferencial.
V. Como verificar se o transmissor de pressão está exibindo de forma imprecisa?
Quando há um problema com a medição de pressão, não é necessariamente que o transmissor esteja quebrado. Ao realizar a solução de problemas no local, geralmente se parte de vários aspectos.
1. Verifique a posição da tomada de pressão e o tubo condutor de pressão
Ao medir a pressão do líquido, se houver ar no tubo condutor de pressão, isso afetará a transmissão da pressão.
Ao medir um meio com impurezas, se a porta de tomada de pressão estiver bloqueada, o display de pressão será menor ou não mudará.
Durante a inspeção é necessário confirmar:
• A porta de tomada de pressão está bloqueada;
• Existe acúmulo de ar no tubo condutor de pressão;
• O status da válvula está correto?
2. Verifique a influência da temperatura
A mídia de alta temperatura afetará a estrutura interna do instrumento. O calor causará alterações nas características dos elementos sensíveis, na estrutura e no volume do líquido, que afetam diretamente o transmissor, resultando em uma alteração no ponto zero.
Portanto, em muitas situações no local, recipientes de condensação a frio, curvas a frio ou outras medidas apropriadas de isolamento e resfriamento serão configurados com base na temperatura de processo permitida, no método de instalação e nos requisitos de processo do instrumento.
3. Verifique as flutuações de pressão
Freqüentemente, há flutuações de pressão na saída da bomba, na saída do compressor e perto da válvula.
Quando a pressão muda rapidamente, a saída do transmissor também salta. É necessário combinar o processo para determinar se a causa de tais situações é a mudança real de pressão ou o impacto do instrumento.
4. Verifique a configuração do intervalo
Alguns transmissores de pressão no local possuem uma configuração de faixa muito grande.
Por exemplo, se a pressão normal do equipamento for de apenas 0,3 MPa, mas estiver instalado um transmissor com faixa de 0 a 10 MPa. Embora o instrumento possa medir normalmente, o efeito de exibição na área de baixa pressão será afetado.
Portanto, a seleção da faixa precisa ser determinada com base na pressão operacional real.
VI. Como selecionar um transmissor de pressão?
Ao selecionar, além da faixa de pressão, também é necessário confirmar:
Faixa de medição
Considere as diferentes pressões do instrumento sob operação normal, condições de inicialização e condições anormais de trabalho.
Precisão
Consulte os indicadores de precisão e métodos de cálculo fornecidos pelo fabricante.
Capacidade de sobretensão
Confirme o choque de pressão máximo que o instrumento pode suportar.
Material de contato
Certifique-se de verificar antecipadamente se o diafragma é compatível com o material de contato, especialmente para meios corrosivos.
Ambiente de instalação
Confirme antecipadamente se o instrumento é adequado para áreas à prova de explosão, áreas de alta temperatura e áreas úmidas.
VII. Resumo
O transmissor de pressão é instalado no local, mas apenas um valor de pressão é exibido na tela do DCS, o que envolve uma série de processos.
A pressão na tubulação atua sobre o diafragma, o diafragma sofre alterações, o sensor detecta as alterações, o módulo eletrônico converte o sinal, 4-20mA é enviado ao sistema de controle e, finalmente, é exibido como um valor de pressão.
Portanto, quando há um problema com o transmissor de pressão, não se deve focar apenas no instrumento em si.
O ponto de tomada de pressão, o tubo de entrada, o método de instalação, as configurações de parâmetros, as linhas de sinal, todos pertencem a parte do sistema de medição de pressão.
Dominar o transmissor de pressão não envolve apenas lembrar alguns princípios; é mais importante saber por onde começar a solução de problemas quando ocorrem problemas no local.
Um pequeno transmissor de pressão conecta a transmissão de informações entre o equipamento local e o sistema de controle. Compreender seu processo de trabalho tornará a instalação, manutenção e tratamento de falhas subsequentes muito mais fáceis.
—Extraído de uma conta pública revisada por pares
Yuyao Huangong automation instruments factory