Co to jest przetwornik pomiarowy – zasada działania i zastosowanie

Przetwornik pomiarowy to urządzenie przemysłowe, które umożliwia zamianę sygnału pomiarowego z czujnika na sygnał wyjściowy w formie analogowej lub cyfrowej. Jego głównym zadaniem jest umożliwienie sterownikom i układom automatyki przemysłowej odczytu wartości mierzonych wielkości, takich jak temperatura, ciśnienie, poziom cieczy czy przepływ. Przetwornik pomiarowy pozwala na przetwarzać sygnał elektryczny z czujnika w sposób określony przez konstrukcję i wymagania aplikacji.

Przetworniki wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie konieczne jest monitorowanie procesów technologicznych z określoną dokładnością, a wynik pomiaru musi być przesłany do sterownika PLC, wyświetlacza lub systemu monitoringu.

Zasada działania przetwornika

Zasada działania przetwornika pomiarowego polega na zamianie sygnału wejściowego z czujnika na standardowy sygnał wyjściowy. Sygnał wejściowy może mieć postać napięciową, prądową lub być reprezentowany przez zmiany oporu, jak w przypadku czujników temperatury PT100.

Przetworniki analogowe przetwarzają sygnał wejściowy w formę napięciową (0–10 V) lub prądową (4–20 mA, 0–20 mA), co umożliwia przesyłanie wartości mierzonych wielkości na większe odległości bez znaczącej utraty sygnału. Z kolei przetworniki cyfrowe generują sygnał cyfrowy, który może być przesyłany za pomocą interfejsów takich jak RS-485, Modbus RTU czy inne protokoły komunikacyjne.

Rodzaje przetworników pomiarowych

W zależności od zastosowania, przetworniki można podzielić na różne kategorie:

• Przetworniki temperatury – zamieniają sygnał z czujnika temperatury (termopara, PT100) na standardowy sygnał analogowy lub cyfrowy.
• Przetworniki ciśnienia – przetwarzają ciśnienie gazu lub cieczy na sygnał elektryczny proporcjonalny do wartości ciśnienia.
• Przetworniki poziomu cieczy i przepływu – umożliwiają monitorowanie ilości cieczy lub jej przepływu w systemach przemysłowych.
• Przetworniki ultradźwiękowe – wykorzystują fale ultradźwiękowe do pomiaru odległości lub poziomu cieczy.

Każdy z tych typów może mieć sygnał wyjściowy analogowy (0–10 V, 4–20 mA) lub cyfrowy (Modbus, RS485), a w niektórych przypadkach przetworniki oferują separację galwaniczną, aby zabezpieczyć układ przed zakłóceniami elektrycznymi.

Przetwornik temperatury – przykład zastosowania

Przetwornik temperatury jest jednym z najczęściej stosowanych przetworników w automatyce przemysłowej. Przykład temperatury w kotle przemysłowym wymaga, aby sygnał z czujnika temperatury PT100 został przetworzony na sygnał analogowy 4–20 mA. Sterownik PLC odczytuje wartość prądu, a następnie może sterować elementami grzewczymi, wentylatorami lub zaworami regulacyjnymi.

Dzięki zastosowaniu przetwornika pomiarowego możliwe jest precyzyjne monitorowanie temperatury otoczenia i procesu technologicznego, co zwiększa bezpieczeństwo i efektywność układu autmatyki przemysłowej.

Sygnał analogowy i cyfrowy

Przetworniki pomiarowe mogą działać w trybie analogowym lub cyfrowym. Sygnał analogowy, najczęściej napięciowy (0–10 V) lub prądowy (4–20 mA), jest proporcjonalny do wartości mierzonej i przesyłany do wejść analogowych sterownika lub rejestratora.

Sygnał cyfrowy umożliwia transmisję danych z większą odpornością na zakłócenia i może zawierać dodatkowe informacje, takie jak identyfikator czujnika czy diagnostyka stanu urządzenia. Interfejs cyfrowy, np. Modbus RTU po RS485, umożliwia podłączenie wielu przetworników do jednego sterownika, co zwiększa elastyczność układu.

Separacja galwaniczna i ochrona przed zakłóceniami

W warunkach przemysłowych przetworniki pomiarowe często oferują separację galwaniczną między wejściem a wyjściem, co chroni układy sterujące przed przepięciami i zakłóceniami. Separacja galwaniczna pozwala również na przesyłanie sygnałów na długie odległości bez ryzyka uszkodzenia sterownika.

Zastosowanie w automatyce przemysłowej

Przetworniki pomiarowe znajdują zastosowanie w różnych systemach automatyki przemysłowej, gdzie konieczne jest precyzyjne monitorowanie procesów technologicznych. Mogą współpracować ze sterownikami PLC, systemami SCADA, wyświetlaczami czy modułami komunikacyjnymi.

Przetworniki umożliwiają kontrolę wartości takich jak temperatura, ciśnienie, przepływ, poziom cieczy, napięcie lub prąd elektryczny, a wynik pomiaru może być przesyłany analogowo lub cyfrowo. To sprawia, że urządzenia przemysłowe działają w sposób bardziej bezpieczny, niezawodny i energooszczędny.

Przetworniki interfejsowe i standardy sygnału

Niektóre przetworniki pomiarowe pełnią funkcję interfejsową, konwertując sygnał z czujnika na standardowy sygnał analogowy lub cyfrowy. Dzięki temu możliwa jest integracja z różnymi typami sterowników i systemów monitorowania. Standardowy sygnał analogowy może mieć zakres 0–10 V, 0–20 mA lub 4–20 mA, co umożliwia podłączenie przetwornika do szerokiej gamy urządzeń.

Rodzaje przetworników w zależności od sygnału wejściowego

• Przetworniki do sygnałów napięciowych (mV, V) – stosowane w układach analogowych.
• Przetworniki do sygnałów prądowych (4–20 mA, 0–20 mA) – odporne na zakłócenia i wykorzystywane do transmisji na duże odległości.
• Przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) – przekształcają sygnał analogowy na cyfrowy, umożliwiając dalszą transmisję cyfrową.
• Przetworniki interfejsowe Modbus/RS485 – umożliwiają komunikację z wieloma urządzeniami w sieci przemysłowej.

Podsumowanie

Przetwornik pomiarowy to niezbędne urządzenie w układach automatyki przemysłowej, które pozwala zamieniać sygnał z czujnika na standardowy sygnał analogowy lub cyfrowy. Umożliwia sterownikom PLC, wyświetlaczom oraz systemom monitorowania precyzyjny odczyt wartości mierzonej. Przetworniki temperatury, ciśnienia, przepływu czy poziomu cieczy są podstawą w kontroli procesów technologicznych. Dzięki zastosowaniu przetworników pomiarowych możliwe jest efektywne przesyłanie sygnałów, separacja galwaniczna, ochrona przed zakłóceniami i optymalizacja procesów przemysłowych.

Zapraszamy do poznania naszej oferty i odkrycia rozwiązań dopasowanych do Twoich potrzeb w zakresie przetworników pomiarowych. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się więcej o możliwościach pomiarowych w Twoim systemie.