圧力トランスミッタとは何ですか?動作原理、種類、購入ガイド

圧力トランスミッターは、最悪の瞬間に故障するまで誰も考えなかった部品の 1 つです。それはパイプ継手の上に静かに鎮座し、制御パネルに数値を入力し、不適切な校正やダイヤフラムの腐食によりプロセスが計画外に停止するまで、何年もの間その仕事を続けます。-。新しいビルド用のデバイスを指定している場合、故障したユニットを交換している場合、または単に同じデバイスに見えるのに受け取った見積もりが 80 ドルから 600 ドルの幅がある理由を理解しようとしている場合、このガイドは、そのプロセス中に実際に生じる質問に答えることを目的としています。

圧力トランスミッタとは何ですか?

A 圧力トランスミッター液体、気体、または蒸気の圧力を測定し、その測定値を標準化された電気信号 -（通常は 4-20mA、0 ～ 10V）、または HART や Modbus などのデジタルプロトコルに変換します。PLC、DCS、または SCADA システムで直接読み取ることができます。信号は、単なるセンサーではなく「送信機」となるものです。信号は、劣化することなく、時には数百メートルのケーブルを伝わるように設計されています。

圧力トランスミッター対トランスデューサー対ゲージ

これら 3 つの用語は、RFQ 上で大まかに使用されており、実際の混乱を引き起こす可能性があります。

圧力計: 完全に機械式、ローカルダイヤル読み取りのみ、電気信号なし。
圧力トランスデューサ: 圧力を電気値に変換しますが、通常は生の低レベル信号（ミリボルト）であり、外部増幅が必要です。
圧力発信器: 増幅と信号調整機能が組み込まれているため、顧客側で追加のハードウェアを必要とせず、クリーンですぐに使用できる信号を出力します。--

制御システムが読み取り値を記録したり反応したりする必要がある場合は、トランスミッターが必要になります。パネル上の数字を一目見る必要がある場合は、ゲージの方が安価で簡単です。

Coplanar Pressure Transmitter

圧力トランスミッターの実際の仕組み

ブランドやデータシートの専門用語を取り除くと、すべての圧力トランスミッターは同じ 3 つのことを実行します。つまり、小さな物理的変形を感知し、その変形を電気値に変換し、その値を使用可能な信号にクリーンアップします。

センシングステージ

プロセス圧力は、通常、実際のプロセス流体が電子機器に触れないようにするオイルで満たされたアイソレータを介してダイヤフラムを押します。{0}}そのダイアフラムは - 多くの場合、数分の 1 ミリメートル - で屈曲し、センサー技術に応じて、センサー素子はその屈曲を抵抗、静電容量、または共振周波数の変化として検出します。

コンディショニング段階

センサーからの生の出力は弱く、非線形であり、それ自体が温度変動の影響を受けやすくなります。{0}内部電子機器がそれを増幅し、温度ドリフトを補正し、曲線を直線化し、標準化された信号を送り出します。これは、90 ドルの送信機と 400 ドルの送信機の価格差のほとんどが、実際にセンサー自体にあるのではなく、電子機器が温度と長期ドリフトをどの程度適切に補正するかにある-ところでもあります。-。

4-20mAがデフォルトになった理由

トランスミッタの読み取り値が 0 bar の場合は、0mA ではなく 4mA が出力されます。それは故意です。ループ電流がゼロに低下すると、制御システムは、真のゼロ圧力状態と誤認するのではなく、断線または送信機の故障があることを即座に認識します。-これは小さな設計上の選択ですが、より新しいデジタル代替品が利用可能になっているにもかかわらず、4 ～ 20mA が数十年にわたって産業環境で使われ続けている理由はここにあります。

簡単な例

ポンプの吐出ラインに定格 0{6}}16 bar の送信機を接続します。静止状態では、圧力は 0 bar であり、ループの読み取り値は 4mA です。ポンプが動作し、ライン圧力が 8 bar - 定格スパンの半分 - まで上昇すると、信号は 12mA に比例して増加します。トランスミッターのフルスケール圧力 16 bar では、ループは 20mA に達します。 PLC はその電流を bar または psi に変換し、設定されたしきい値を超えた瞬間にアラームをトリガーできます。

主なセンシング技術

ピエゾ抵抗（ひずみゲージ）

業界の主力製品。ひずみゲージは、ホイートストンブリッジレイアウトでシリコンまたは金属のダイヤフラム上に接着または拡散されます。ダイヤフラムを屈曲させるとゲージの抵抗が変化し、ブリッジのバランスが崩れ、圧力に比例した電圧が発生します。安価で、機械的に丈夫で、数ミリバールから数千バールまでの広大な範囲 - をカバーするため、一般的な産業用途の大部分に使用されています。

容量性

ここでのダイヤフラムはコンデンサの 1 つのプレートを形成し、圧力によってギャップが固定基準プレートに変化します。静電容量センサーは、長期間にわたって校正が維持されることで知られているため、- の差圧流量測定とタンクレベルの 2 つを補正するのにドリフトのコストがかかるアプリケーションで使用される傾向があります。

共振シリコン

微細加工されたシリコン素子は設定された周波数で振動し、加えられた圧力によってその周波数が変化し、非常に高い精度で測定できます。-これらのトランスミッタは高価ですが、アプリケーションがドリフト - の保管転送測定を本当に許容できない場合、たとえば小さな測定誤差が直接金銭につながる場合に選択されます。

圧電（動圧のみ）

圧電素子はストレスがかかると電荷を生成しますが、その電荷は時間の経過とともに流出するため、安定した静的読み取り値を保持できなくなります。これらは日常的なプロセス監視には使用されません - 静的精度よりも応答速度が重要となる、燃焼スパイクや油圧ショックなどの高速圧力イベントを捕捉するために構築されています。

知っておく価値のあるフィールドの例

CIP（クリーンインプレイス）ループを実行している包装ラインでは、オペレーターがトランスミッターの横にある機械式ゲージで確認している圧力アラームと一致しない断続的な圧力アラームが発生していました。送信機自体はベンチで正常にテストされました。実際の原因は、センサーに供給する導圧管内に閉じ込められた空気であることが判明しました。- これは、必要以上に故障した機器と間違われる、よくある退屈な問題です。ラインにエア抜きして再充填すると、測定値が一致し、アラームが停止しました。これは、送信機の正確さはその設置に依存することを思い出させます。センサーが責められるに値することはほとんどありません。

見積もりを比較する際に実際に重要となる仕様

2 つの送信機は紙の上ではほぼ同じに見えても、設置するとまったく異なる動作をします。注文書に署名する前に、以下を確認してください。

正確さ- はフルスケールのパーセンテージとして与えられます (±0.1% FS、±0.25% FS など)。プロセスに必要な以上の精度を購入しても、コストが膨らむだけで何のメリットもありません。
範囲と過圧定格- 使用圧力は定格スパン内に収まり、時折のスパイクに耐えられる十分なマージンが確保されている必要があります。
出力信号- 4-20mA はデフォルトのままです。組み込みの診断機能が必要な場合は、HART、Modbus RTU、または Profibus PA を追加料金で購入する価値があります。-
接液部材質- 316L ステンレス鋼はほとんどの一般的な用途に対応します。腐食性または高純度の媒体には、ハステロイ、モネル、またはタンタルが必要になる場合があります。-
プロセス接続- のねじのタイプとサイズは、既存の継手と正確に一致する必要があります。これは最も一般的な注文ミスです。
侵入保護とエリア分類- ほとんどの産業環境では IP65/IP67。 ATEX、IECEx、または危険区域に対する本質安全定格。

購入者がよくつまずく箇所

最大の間違いは、間違ったセンサー技術を選択したことではなく、ユニットが実際に同等であるかどうかを確認せずに、純粋に価格だけで見積もりを比較していることです。--競合他社の数分の一の価格で見積もられたトランスミッタには、校正証明書がなかったり、全範囲にわたる温度補償がなかったり、実際のプロセス流体に耐えられない接液部材料が使用されていたりするなど、何かが欠けていることがよくあります。この差は通常、サービス開始から数か月経つまで現れません。その時点で、故障と交換のコストは、最初の注文で節約された金額をはるかに上回ります。

校正証明書 (ISO 17025 または同等のトレーサビリティ)、動作範囲 - だけでなく実際の温度補償範囲 -、および一般的な耐薬品性チャートだけでなく、特定の媒体との接液材料の適合性の確認を直接求める価値があります。

代表的な用途

水および廃水処理 - ポンプ制御、静水圧によるタンクレベル
石油、ガス、石油化学製品 - のパイプライン監視、坑口および製油所のプロセス制御
HVAC およびビルディングオートメーション - チラー圧力、ダクト静圧
食品および飲料 - CIP システムおよびプロセス容器用の衛生トランスミッター
油圧および空圧 - モバイル機器、テストベンチ、射出成形
発電量 - ボイラー給水および蒸気ヘッダー圧力

採用する価値のあるインストール習慣

閉じ込められた空気が液体の圧力測定値を狂わせるのを防ぐため、試運転前に導圧管からエア抜きを行ってください。
-差圧ユニットの取り付け方向を再確認してください - オフセットに影響します
すでに市販されているものだけでなく、シールとガスケットの材料をプロセス流体に適合させます
測定値が「ずれている」と思われるのを待つのではなく、スケジュールに従って再調整します。
起動過渡現象が定格過圧力制限を決して超えないようにしてください。たとえ短時間であっても、- スパイクによるダイヤフラムの損傷は、通常の動作が範囲内に留まっていたとしても、多くの場合永続的です。

よくある質問

圧力トランスミッターは真空を測定できますか?

はい、負圧 - を含む複合範囲で定格されている場合は、-1 ～ 5 bar 程度です。すべてのモデルがこれをサポートしているわけではないため、注文する前にデータシートで確認する必要があります。

圧力トランスミッターはどのくらいの頻度で再校正する必要がありますか?

ほとんどの産業ループでは毎年が一般的なベースラインですが、安全{0}}重要または保管-の移送用途では、より短い間隔が必要になる場合があります。安定性の高いセンサータイプでは、その間隔が延長される場合がありますが、特定のプロセスや規制要件に照らして検証する必要があり、仮定ではありません。{3}}

ゲージ圧、絶対圧、差圧伝送器の違いは何ですか?

ゲージ圧は大気圧を基準にして測定され、一般的に使用される最も一般的なタイプです。絶対圧力は完全真空を基準にして測定されます。差圧は 2 つの別々の点間の差を測定し、流量測定や静水圧タンクのレベルに広く使用されます。

価格が高いほど常に精度が高いことを意味しますか?

いいえ。価格には、精度だけでなく、認定、製造品質、ブランド、リードタイムも反映されます。中価格帯の送信機が、実際の安定性において高級ブランドの送信機よりも優れている可能性は十分にあります。-データシートの精度数値は、価格よりも優れた指標です。-

最終的な考え

圧力トランスミッタは、制御ループまたは安全インターロックが密かに依存する仕事を行う小さなハードウェアです。内部で実際に何が起こっているのか {{1}}、センシング要素、調整電子機器、標準化された出力 - を理解すると、価格だけで選ぶのではなく、データシートを批判的に読み、注文を出す前により適切な質問をすることがはるかに簡単になります。疑問がある場合は、プロセス媒体、圧力範囲、必要な認証をサプライヤーに送信するだけで、多くのやりとりをすることなく、適合するセンサーの推奨事項を得ることができます。--