Zapisovalci vrednosti – poiščite proizvajalce in dobavitelje

Pretvorniki so tehnične naprave, ki zabeležijo fizikalno, kemično ali električno količino in jo pretvorijo v uporaben električni signal.

Ta signal lahko nato obdela nadzorni sistem, prikazovalna enota ali sistem za zajem podatkov. Senzorji so zato v središču sodobne merilne in avtomatizacijske tehnologije, saj ustvarjajo povezavo med realnim in digitalnim svetom.

V nadaljevanju je podan pregled osnovnega načela in načina delovanja, različnih vrst in njihovih merjenih spremenljivk, vrst signalov in vmesnikov pretvornikov ter pregled njihove uporabe in zahtev za sodobne zasnove:

Osnovno načelo in način delovanja pretvornikov:

Delovanje pretvornikov je sestavljeno iz treh osnovnih korakov:

1. Pridobivanje merjene spremenljivke:
   To opravi senzorski element, ki je v fizičnem stiku z merjeno spremenljivko - npr. z deformacijo, spremembo temperature, magnetnim poljem ali absorpcijo svetlobe.
2. Pretvorba v električni signal:
   Merjena spremenljivka se pretvori v električno spremenljivko, npr. napetost, tok, frekvenco.
3. Obdelava signala:
   Surovi signal se ojača, filtrira, linearizira ali digitalizira, da je uporaben za nadaljnje sisteme.

Vrsta načina pretvorbe, mehanska, optična, piezoelektrična, magnetna, kemična itd., je odvisna od posamezne merjene spremenljivke.

Vrste pretvornikov in njihovih merjenih veličin:

Merilni pretvorniki so zelo specializirani in jih lahko razdelimo glede na merjeno veličino:

1. Mehanske veličine:
   a. Senzorji tlaka: Merijo statični ali dinamični tlak tekočin in plinov, pogosto s piezoresistivnimi ali kapacitivnimi elementi.
   b. Senzorji sile: Mehansko silo pretvorijo v električni signal, pogosto z uporabo tenzometrov.
   c. Senzorji premikanja in razdalje: Za določanje položaja uporabljajo optične, induktivne, kapacitivne ali ultrazvočne metode.
   d. Senzorji navora: Merijo navor gredi, pogosto z uporabo merilnikov napetosti ali magnetnih metod.
2. Toplotne spremenljivke:
   a. Temperaturni senzorji: Vključujejo termočlene, uporovne termometre, polprevodniške temperaturne senzorje ali infrardeče senzorje.
   b. Senzorji toplotnega toka: Določajo pretok toplote skozi plast materiala, pogosto z uporabo termoelektričnih načel.
3. Električne in magnetne veličine:
   a. Tokovni in napetostni pretvorniki: Merijo električne veličine v napajalnikih, vezjih ali sistemih.
   b. Senzorji magnetnega polja: Uporabljajo Hallov učinek ali magnetorezistivna načela za merjenje poljskih jakosti.
4. Kemijske in fizikalno-kemijske veličine:
   a. Senzorji plinov: Senzorji zaznavajo koncentracije nekaterih plinov (npr. kisika, CO₂, amoniaka) z elektrokemičnimi, optičnimi ali polprevodniškimi metodami.
   b. Senzorji pH in senzorji prevodnosti: Uporabljajo se v procesni in okoljski merilni tehnologiji za določanje kemijskih lastnosti tekočin.
   c. Senzorji vlažnosti: Merijo relativno ali absolutno vlažnost zraka ali materialov.

Vrste signalov in vmesniki pretvornikov:

Večina sodobnih pretvornikov zagotavlja standardizirane izhodne signale:

1. Analogni signali: pogosto 4-20 mA ali 0-10 V, primerni za preproste prenosne poti.
2. Digitalni vmesniki: digitalni signali: I²C, SPI, CAN, Modbus ali IO-Link za inteligentne senzorje z dodatnimi funkcijami.
3. Sistemi Fieldbus: Profibus, EtherCAT ali Profinet v industrijski avtomatizaciji.

Glede na uporabo je lahko senzor že notranje umerjen, temperaturno kompenziran in samodiagnosticiran.

Uporaba pretvornikov:

Senzorji se uporabljajo na skoraj vseh tehničnih področjih. Najpomembnejša področja uporabe vključujejo:

1. Tehnologija avtomatizacije:
V industrijskih obratih senzorji neprekinjeno spremljajo tlak, temperaturo, položaj, hitrost, pretok in druge procesne spremenljivke.
Signali se uporabljajo za regulacijo, nadzor in varnost.

2. Energetska tehnologija:
Senzorji beležijo parametre, kot so tok, napetost, frekvenca, moč ali izolacijske vrednosti, v sistemih za distribucijo energije, postajah in transformatorjih.

3. Avtomobilska tehnika:
Senzorji so osnovni za nadzor dinamike vozila, zračne blazine, nadzor motorja, merjenje izpušnih plinov ali sisteme za upravljanje akumulatorjev.

4. Medicinska tehnologija:
Pri tem se uporabljajo biokompatibilni senzorji za merjenje vitalnih parametrov, kot so krvni tlak, telesna temperatura, raven glukoze ali dihalni plini.

5. Gradbena tehnologija:
V sistemih ogrevanja, klimatizacije in prezračevanja senzorji merijo temperaturo, vlažnost, vsebnost CO₂ in intenzivnost svetlobe ter tako nadzorujejo udobje in energetsko učinkovitost.

6. Okoljska merilna tehnologija:
Za beleženje vremenskih podatkov, kakovosti zraka, analiz vode ali emisij se uporabljajo specializirani senzorji.

Zahteve za sodobne pretvornike:

• Natančnost in ponovljivost: Posebno pomembna je pri tehnologiji zagotavljanja kakovosti ali nadzora.
• Dolgoročna stabilnost: Pomembna za večletne neprekinjene meritve, na primer v energetskih sistemih ali okoljskih postajah.
• Hiter odzivni čas: Zlasti pri dinamičnih procesih (npr. zaznavanje eksplozij ali meritve udarcev).
• Robustnost: Zaščita pred prahom, vodo, vibracijami, kemičnimi vplivi in temperaturo.
• Kalibrabilnost: Za sledljivost izmerjenih vrednosti z nacionalnimi standardi.

Senzorji so nepogrešljivi sestavni deli skoraj vseh tehničnih, industrijskih in znanstvenih aplikacij. Njihova glavna naloga je natančno beleženje realnih spremenljivk in njihova pretvorba v uporaben signal. Raznolikost razpoložljivih tehnologij omogoča natančno prilagajanje širokemu spektru merilnih nalog. S pojavom inteligentnih senzorjev (smart sensors) in integracijo v digitalne sisteme pretvornik vse bolj postaja ključna komponenta v dobi industrije 4.0 in interneta stvari (IoT).

Tukaj je pregled najpomembnejših točk, ki jih je treba upoštevati pri nakupu pretvornikov.

Nakup pretvornikov za beleženje mehanskih, toplotnih, električnih ali kemijsko-fizikalnih spremenljivk zahteva celosten pogled na tehnična, aplikativno specifična in ekonomska merila. Ne gre le za čisto merilno funkcijo, temveč tudi za medsebojno vplivanje natančnosti, robustnosti, integracije, kalibracije in združljivosti sistema.

• Prvi korak je natančna opredelitev fizikalne veličine, ki jo je treba izmeriti, in pogojev, pod katerimi se meri:
• Mehanske spremenljivke: Sila, tlak, navor, teža
• Toplotne spremenljivke: Temperatura, toplotni tok
• Električne veličine: Napetost, tok, upor, zmogljivost
• Kemijsko-fizikalne veličine: pH vrednost, prevodnost, koncentracija, vlažnost
• Vsaka od teh spremenljivk zahteva drugačno tehnologijo senzorjev in s tem drugačne zahteve glede zasnove, obdelave signalov in materiala.
• Izbira pravega merilnega principa je ključnega pomena za beleženje želenih izmerjenih vrednosti:
• Za mehanske spremenljivke, kot sta sila in tlak
• Termočleni ali RTD (Pt100): Za meritve temperature
• Hallov učinek ali induktivne metode: Za električne in magnetne spremenljivke
• Ionsko selektivne elektrode ali optokemični senzorji: Za merjene kemijsko-fizikalne spremenljivke
• Izbira merilnega principa določa občutljivost, robustnost in obdelavo signalov.
• Izbira senzorja mora ustrezati pričakovanemu merilnemu območju - ne prevelikemu (izguba ločljivosti) ne premajhnemu (nevarnost preobremenitve).
• Hkrati je treba preveriti želeno ločljivost in natančnost, odvisno od tega, ali gre za grobo spremljanje procesov ali za zelo natančne laboratorijske aplikacije.
• Posebej pomembno je, da pretvornik mehansko ustreza razmeram pri namestitvi:
• Velikost in geometrija: Biti mora mogoče vgraditi v obstoječe sisteme
• Položaj vgradnje: Vodoravno, navpično, simetrično v smeri vrtenja
• Možnosti pritrditve: Prirobnica, vijačna montaža, vtični sistemi
• Vodenje kablov in vrste priključkov: Prilagoditi se morajo ožičenju na kraju samem
• Odvisno od okolja mora biti senzor še posebej robusten:
• Odpornost na korozijo: Za kemične procese ali na prostem, na primer
• Temperaturna odpornost: Za visokotemperaturne aplikacije ali kriogene aplikacije
• Tesnost (zaščitni razred IP): IP67 ali višje za vlago ali umazanijo
• Mehanska nosilnost: Vibracije, udarci, tlačni impulzi
• Senzor mora biti primeren za obstoječo tehnologijo vrednotenja in okolje avtomatizacije:
• Analogni signali: npr. mV/V, 0-10 V, 4-20 mA
• Digitalni vmesniki: npr. CANopen, Modbus, EtherCAT, IO-Link
• Združljivost z nadzornimi sistemi in zapisovalniki podatkov
• Zaščita EMC in odpornost proti motnjam: še posebej pomembno v električnih ali industrijskih okoljih
• Samo umerjeni senzorji zagotavljajo zanesljive izmerjene vrednosti, zato je tovarniško umerjanje s poročilom o preskusu minimalna zahteva.
• Kalibracija DAkkS ali enakovredna kalibracija za najvišje zahteve, npr. QS v skladu s standardom ISO 9001, avtomobilska industrija, farmacevtska industrija.
• Sledljivost nacionalnim standardom zagotavlja primerljivost. Cikle ponovnega umerjanja je treba določiti glede na intenzivnost uporabe.
• Senzor mora stabilno meriti več let:
• Zato je treba oceniti ničelno točko in odmik senzorja kot funkcijo temperature, staranja in mehanskih obremenitev.
• Upoštevati je treba obnašanje pri lezenju pod stalno obremenitvijo. Zlasti pri mehanskih spremenljivkah.
• Skladnost je ključnega pomena, zlasti v industrijskih ali varnostno pomembnih okoljih:
• Oznaka CE in direktive EU za posamezne izdelke.
• Odobritev ATEX za potencialno eksplozivne atmosfere.
• Skladnost z uredbama RoHS in REACH.
• Posebne industrijske zahteve, kot so GMP (farmacija), HACCP (hrana), SIL (procesna industrija).
• Kakovost pretvornika je tesno povezana z izkušnjami in referencami proizvajalca, tehnično podporo in nasveti za uporabo.
• Pri tem ni odločilna le cena na enoto, temveč splošna stroškovna učinkovitost.

Še posebej pomembni so jasno opredeljena uporaba, izbira pravega merilnega principa, pravilna vključitev v merilno verigo in podpora izkušenega proizvajalca. Le tako je mogoče zgraditi merilni sistem, ki je trajno natančen, stabilen in nezahteven - ne glede na to, ali meri mehanske sile, temperature, električne spremenljivke ali kemijsko-fizikalne parametre.

Merilne pretvornike lahko dobite pri različnih dobaviteljih. Izčrpne informacije o proizvajalcih in dobaviteljih pretvornikov z vsega sveta najdete na izvoznih straneh.