I trasduttori di pressione sono componenti critici di varie applicazioni. Ad esempio, il vostro veicolo automobilistico ha cambi di pressione per l'olio, il liquido e il carburante. Allo stesso modo, le macchine idrauliche utilizzano l'olio per spingere e creare una forza.
Le variazioni di pressione devono essere precise per garantire la trasmissione della pressione e la forza adeguate. Uno dei sensori di pressione più critici è il trasduttore di pressione 4-20mA. Oggi discuteremo i vari aspetti di questo trasduttore di pressione e ne capiremo il funzionamento.
Che cos'è un trasduttore di pressione 4-20mA?
Un trasduttore di pressione, che funziona con un segnale 4-20mA, verifica la pressione di un liquido o di un carburante e la converte in segnali elettrici. Invece della tensione come uscita, questo sistema offre un'uscita in corrente.
Ci si potrebbe chiedere perché considerare il trasduttore di pressione 4-20mA; la logica è semplice.
- 4 mA rappresenta il valore minimo misurabile (ad esempio, 0 bar o intervallo minimo).
- 20 mA rappresenta il valore massimo misurabile (ad esempio, il fondo scala, come 100 bar).
- Le misure e le indicazioni sono più semplici. La linea di base di quattro mA garantisce la presenza di uno "zero vivo", il che significa che se il loop legge zero mA, indica un guasto, come un filo rotto o una perdita di alimentazione, e non solo una pressione pari a zero.
Le applicazioni tipiche di un trasduttore di pressione comprendono:
- Automazione industriale
- Sistemi HVAC
- Controllo idraulico e pneumatico
- Monitoraggio dei processi negli impianti chimici
- Impianti di trattamento delle acque
Principio di funzionamento del trasduttore di pressione 4-20mA
Il principio di funzionamento di un trasduttore di pressione da incasso Il 4-20mA prevede tre fasi principali. Queste sono:
Elementi di rilevamento
Gli elementi di rilevamento sono gli strumenti che cambiano la forma dei sensori di pressione. Nel trasduttore di pressione 4-20mA, esistono tre tipi fondamentali di sensori.
- Piezoresistivo. In questo tipo, si verifica una variazione della resistenza che provoca la variazione della pressione in un estensimetro. In base alla variazione, viene emesso un segnale elettrico che fornisce i dati.
- Sensori capacitivi sono in grado di rilevare le variazioni di pressione. Modificano la distanza tra due piastre, cambiando la capacità e interpretando i dati.
- Filo o cristallo risonante. La variazione di pressione influisce sulla frequenza di vibrazione.
Conversione del segnale
Gli elementi sensibili hanno lo scopo di rilevare la pressione. Il passo successivo è la conversione del segnale. Ecco come avviene.
- I sensori rilevano le variazioni di pressione attraverso la resistenza o la capacità.
- Questo cambiamento viene trasmesso al segnale elettrico.
- Questo segnale elettrico provoca l'emissione di tensione nel sistema, fornendo le letture.
Uscita loop di corrente
Poiché si utilizza il sistema di uscita in corrente, la conversione della tensione viene convertita in valori di corrente. La traduzione della corrente avviene tra 4mA e 20mA, garantendo un'uscita sicura del sistema.
Questa variazione è proporzionale alle variazioni di pressione. Supponiamo che un trasduttore abbia un intervallo di 0-100 psi.
- A 0 psi → Uscita 4 mA
- A 50 psi → Uscita 12 mA
- A 100 psi → Uscita 20 mA
Invece di mostrare i valori in tensione, perché affidarsi alla corrente? La logica è semplice.
- L'impatto del rumore elettrico sui segnali di corrente è minimo.
- Non ci sono più errori di caduta di tensione dovuti all'aumento della lunghezza del cavo.
- Molti dispositivi industriali interpretano loop da 4-20 mA.
Guida passo-passo al cablaggio di un trasduttore di pressione 4-20mA
Se volete ottenere il massimo dai vostri sensori di pressione, il cablaggio e l'alimentazione possono aiutarvi a farlo.
Sono disponibili collegamenti a due, tre e quattro fili. Valutiamo ciascun collegamento.
Collegamento a 2 fili
Il collegamento a 2 fili è il più comune e standardizzato per la sua facilità e rapidità di installazione. Le possibilità di errore sono minori, poiché i due fili hanno due terminali.
Questi sono:
- Il filo positivo (+) si collega al terminale positivo dell'alimentazione. Si collega a più dispositivi e all'ingresso del segnale del ricevitore (PLC, controller, display).
- Il filo negativo (-) si collega al terminale negativo dell'alimentatore.
La tensione varia tra 12 e 16 V CC.
Una volta ottenuto, procedere con il collegamento. Ecco alcune semplici operazioni di cablaggio.
- Fase 1: Spegnere l'alimentazione
La sicurezza è la prima scelta. Per evitare incidenti, è necessario determinare se l'alimentatore è collegato. Se lo è, spegniamola immediatamente per garantire che non vi siano flussi di corrente o di tensione.
- Passo 2: Collegare il terminale
Come abbiamo già stabilito, ci sono due terminali. Uno è il terminale positivo che deve essere collegato al terminale positivo. Il terminale positivo deve essere collegato al terminale positivo dell'alimentazione del loop.
Il collegamento del terminale negativo è diverso. È necessario collegare i terminali negativi all'elettrodo negativo del dispositivo di misura e quindi al terminale negativo del loop di alimentazione.
- Fase 3: Accensione del sistema
Controllare i collegamenti e la polarità prima di accendere il sistema. Assicurarsi che il sistema funzioni.
Collegamento a 3 fili
Il collegamento a 3 fili offre un percorso separato per l'uscita del segnale dal ritorno di alimentazione. Questa configurazione è ideale per i settori industriali e garantisce una migliore durata del segnale.
Sono presenti tre terminali di cablaggio.
- V+ (positivo di alimentazione). Collega il terminale positivo dell'alimentazione CC (in genere 12-36 V CC).
- Segnale in uscita. Questo terminale invia la corrente 4-20 mA al PLC, al display o al controllore.
- V- (alimentazione negativa) è un terminale comune con un percorso di ritorno condiviso. Fornisce sia l'alimentazione che la trasmissione del segnale.
La procedura di cablaggio è semplice. È possibile seguire:
- Collegamento del terminale positivo. Collegare V+ al terminale positivo dell'alimentazione.
- Terminale di uscita del segnale Collegamento. Il terminale di uscita del segnale è collegato all'ingresso del segnale del dispositivo ricevente.
- Collegamento del terminale negativo. Collegare V- al terminale negativo dell'alimentazione e al comune/massa dell'ingresso del segnale.
Collegamento a 4 fili
Il collegamento a 4 fili prevede un percorso separato per l'alimentazione e il segnale. Fornisce segnali migliori rispetto a quello a 3 fili, ma è utilizzato in specifici sensori industriali.
Diamo un'occhiata ai terminali.
- V+ (positivo di alimentazione): Ingresso positivo dell'alimentazione CC.
- V- (alimentazione negativa): Ingresso negativo dell'alimentazione CC.
- Segnale + (uscita positiva): Lato positivo del segnale del loop 4-20 mA.
- Segnale - (uscita negativa): Lato negativo del segnale del loop 4-20 mA.
Test di un trasduttore di pressione 4-20mA
Il test di un trasduttore di pressione 4-20mA è essenziale per verificare se funziona nell'intervallo di pressione specificato e se fornisce una funzionalità ottimale. A tal fine, è necessario seguire varie fasi e portare con sé alcuni strumenti.
Abbiamo elencato qui gli strumenti e i passaggi necessari.
Strumenti necessari
Ecco l'elenco degli strumenti necessari per testare un trasduttore di pressione 4-20mA.
- Multimetro digitale (DMM) per misurare la corrente continua.
- Calibratore di loop. Si tratta di uno strumento opzionale, ma consigliato per eseguire test precisi.
- Alimentazione (standard 24 V CC)
- Fonte di pressione nota (pompa a mano, tester a peso morto o pressione di processo)
Procedura di test di base
Una volta raccolti tutti gli strumenti, è il momento di testare il trasduttore di pressione 4-20mA con i seguenti passaggi.
- La sicurezza prima di tutto.
Spegnere qualsiasi fonte di alimentazione e depressurizzare il sistema prima di collegarlo o scollegarlo, per evitare qualsiasi inconveniente o incidente durante l'operazione.
- Connessione
È necessario portare con sé l'alimentatore e collegare il trasduttore all'alimentazione da un terminale. Al secondo terminale è possibile collegare l'apparecchiatura di misura che aiuta a testare il trasduttore di pressione 4-20mA.
- Applicare pressioni note.
Il test a pressione nota può aiutare a valutare la gamma. Gli strumenti di misura rilevano i valori rilevanti. Ecco alcuni intervalli di pressione. È necessario modificare la pressione tra 0%, 25%, 50%, 75% e 100% dell'intervallo.
- Misurare la corrente in uscita ad ogni passo.
Tutto ciò che si deve fare è misurare la corrente in uscita ad ogni passo. Testate ogni livello separatamente e calcolatelo.
- Confrontare le letture con i valori mA previsti.
Una volta ottenuti tutti i valori, è il momento di confrontarli e determinare l'intervallo. Ecco come procedere.
- 0 psi → 4,00 mA
- 25 psi → 8,00 mA
- 50 psi → 12,00 mA
- 75 psi → 16,00 mA
- 100 psi → 20,00 mA
Guida alla risoluzione dei problemi per il trasduttore di pressione 4-20mA
| Sintomo | Possibile causa | Soluzione |
| Nessun segnale (0 mA) |
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| Uscita bloccata a 4 mA |
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| Uscita bloccata a 20 mA |
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| Lettura fluttuante o rumorosa |
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| Lettura errata rispetto alla pressione effettiva |
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Conclusione
La scelta di un sensore di pressione è impegnativa. Infatti, è necessario considerare la qualità, i gradi, l'uscita e diversi fattori di precisione. Non tutti i trasduttori di pressione sono adatti alla vostra scelta. Anche molti variano in base al sistema.
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