Antureiden luotettavuus
Seuraavassa käsittelemme muutaman anturin toimintaperiaatetta ja anturien huollossa esiintyviä luotettavuusongelmia. Perustapausten tunteminen auttaa samantapaisten antureiden vikojen määrittämisessä. Jotta pystyy analysoimaan koko laitteiston vikailmiöitä, on tunnettava jokaisen koneautomaatiojärjestelmän antureiden toimintaperiaatteet.
Lämpötilan mittaaminen vastusanturilla
Lämpötilaa mitataan tavallisesti vastuksen muutokseen perustuvalla anturilla, esimerkiksi PT100-, NTC- tai PTC-vastuksella, joissa lämpötilan muutos näkyy vastuksen muutoksena. Laitteisto, joka osoittaa lämpötilan, mittaakin siis todellisuudessa vastusta, ja vastuksen muutos on kalibroitu lämpötila-asteikolle.
PR-sovellusgalleria (lähde: sks.fi)
Anturit ovat yleensä sekä sähköisesti että mekaanisesti erittäin luotettavia, ja MTBF-arvot ovat yksittäisten elektroniikkakomponenttien arvojen veroisia (lisätietoja on osoitteessa www.sks.fi).
Huollossa ja asennuksessa on otettava huomioon seuraavat asiat:
Anturi:
- Anturin ja mittarin tyyppien tulee sopia yhteen.
- Anturielementit kestävät hyvin eri tavoin mekaanista rasitusta.
- Anturi tulee asentaa kohteeseensa oikein.
- Anturin tulee olla helposti irrotettavissa kalibrointia tai tarkastusta varten.
Johdotus:
- Johtoina tulee käyttää joko vahvavirta- tai instrumenttikaapeleita, ja kaapeleiden tulee olla mieluiten suojattuja sekä parikierrettyjä.
- Johtimen poikkipinnan pitää olla riittävä.
- Kaikkien liitoskohtien tulee olla vankkoja ruuviliitoksia.
- Mahdolliset linjavastukset on voitava säätää.
Seuraavassa taulukossa on esitetty analogisen lämpötilamittarin tyypillisiä vikatapauksia.
| Vika | Syy | Toimenpide |
|---|---|---|
| Osoitin ei liiku. | Ei jännitettä. Sulake on palanut. Muuntaja on viallinen. |
Mittaa jännite. Mittaa sulake. Mittaa muuntaja ja tasasuuntaussilta. |
| Osoitin lyö vasemmalle, näyttö alle 0:n. | Oikosulku. | Mittaa vastus. |
| Osoitin lyö oikealle, elli näyttö vähintään 100%. | Katkos. | Mittaa vastus. |
| Näyttö katkoo. | Liitos on huono. | Puhdista ja kiristä liittimet. |
Seuraavissa taulukoissa on esitetty digitaalisen lämpötilamittarin tyypillisiä vikatapauksia:
| Vika | Syy | Toimenpide |
|---|---|---|
| Näytössä ei tapahdu mitään. | Ei jännitettä. Sulake on palanut. Muuntaja on viallinen. |
Mittaa jännite. Mittaa sulake. Mittaa muuntaja ja tasasuuntaussilta. |
| Näyttö alle 0:n. | Oikosulku. | Mittaa vastus. |
| Näyttö vähintään 100%. | Katkos. | Mittaa vastus. |
| Näytön kuva "katkeilee". | Liitos on huono. | Puhdista ja kiristä liittimet. |
Lämpötilan mittaaminen termoelementeillä
Seuraavassa taulukossa on esitetty analogisen ja digitaalisen lämpötilamittarin tyypillisiä vikatapauksia:
| Vika | Syy | Toimenpide |
|---|---|---|
| Mittari osoittaa huonelämpötilaa, vaikka prosessissa oleva mittauskohde on lämmin. | a. Linja on poikki. b. Oikosulku. c. Anturi on rikki. d. Mittari on rikki. |
Tutki virtapiiri. Mittaa vastus. Avaa anturi ja tarkista sen kunto. Syötä mittarille simulaattorilla mV-jännite. |
| Osoitin/näyttö maksimissa 100%. | Kompensointijohto on väärin päin. | Käännä johtimet. |
| Osoitin/näyttö alle oikean arvon. | Kompensointijohto on väärinpäin. | Käännä johtimet. |
| Arvo on väärä, vaikka kaikki näyttää olevan kunnossa. | Maasulku tai eristysvika. | Mittaa vastus ja oikosulkuvastus. |
Tehtävä: Mitä kuvan mukaisella testauslaitteella voidaan tehdä?
Lämpötilamittauksen simulaattori.
Lämpötilamittauksien tarkistus, testaus ja kalibroinnit
Kalibroinnin määritelmä: Kalibrointi on tarkastettavan mittalaitteen vertaamista tarkempaan mittalaitteeseen, jota sanotaan kalibraattoriksi. Kalibraattorin lukeman perusteella suure voidaan osoittaa oikeaksi tai sovittua arvoa oikeammaksi.
Esimerkki Pt100-mittauksista ja siinä tarvittavista välineistä Lämpötilakalibraattorina voidaan käyttää esimerkiksi Beamex MC5 I-B114 -laitetta, ja lämpötilaa voidaan nostaa kalibroidulla lämpöhauteella. Tulokset kirjataan kalibrointipöytäkirjaan tai testauspöytäkirjaan. Voidaan käyttää myös PSK-standardin mukaista koestuspöytäkirjaa PSK2910 I1 tai I3 tai SFS-standardin mukaista yleistä vastaanottopöytäkirjaa. Lisätietoja on osoitteessa www.sfs.fi.
Kalibrointi ja siihen tarvittavien välineiden kytkentä tehdään seuraavien kuvien mukaisesti.
Lähettimen signaalin testaus ja kalibroinnin kytkentä:
Tarkempaa tarkastelua kuva saatavissa pdf ja word -muodoissa.
Katso myös lämpötilamittausten kalibrointiohje, kalibraattorin ominaisuudet ja Beamex-painemittausten kalibrointi sivun navigaatiosta.
Tehtävä: Laadi taulukkoon kirjan esimerkin mukainen testauspöytäkirja. Suorita yhden mittauspiirin kalibrointi oheisen työohjeen mukaisesti.
Virtausmittaus
Virtausmittauksia käytetään laajasti koneautomaatiossa nesteen, kaasun ja jopa kiintoaineiden mittauksissa. Laitetyyppejä on useita erilaisia, kuten Vortex, magneettinen virtausmittari, suosioon noussut Coriolis-mittari, mekaaniset virtausmittarit ja ultraäänimittarit. Virtausmittareiden kunnossa pitäminen ja korjaaminen on vaikeaa, koska niiden irrottaminen kohteestaan vaatii yleensä tuotannon keskeytyksen. Laitteiden varaosat ovat kalliita ja toimitusajat pitkiä. Vakautettujen virtausmittareiden korjaaminen vaatii vakautuslaitoksen kutsumisen paikalle.
Tyypillisiä ongelmia tai virhelähteitä:
- Nesteessä olevat kaasukuplat häiritsevät kaikkia mittauslajeja, myös eräitä massavirtausmittareita. Ongelmaan on kaksi ratkaisua: joko poistetaan kaasu ennen mittausta tai sijoitetaan mittaus sellaiseen kohtaan, jossa riittävä paine vähentää kaasun vaikutusta.
- Mittarin aukko tukkiutuu,jos virtaavassa aineessa on paljon epäpuhtauksia. Tästä aiheutuu ongelmia erityisesti magneettisissa virtausmittauksissa.
- Mittarien sijoittaminen niin, että tarvittavia suoria osuuksia ei ole riittävästi ennen mittaria sekä sen jälkeen.
- Ultraäänimittauksissa mittausperiaate on valittava aineen mukaan. Hiukkaset ja kuplat häiritsevät kulkuaikamittausta, mutta Doppler-mittauksessa ne ovat välttämättömiä.
- Magneettista määrämittaria ei voi käyttää polttonesteitä mitattaessa, koska niistä puuttuu johtokyky.
- Toiset massavirtausmittarit häiriintyvät ympäristön tärinöistä, minkä vuoksi ne on erotettava ympäristöstä huolellisesti, kun toiset mittarit taas eivät siedä jäykkää tuentaa. Tarkempia tietoja saa asennusohjeista sekä kokemuksen myötä.
- Mittausolosuhteet aiheuttavat rajoituksia: paine, lämpötila, viskositeetti, johtokyky, kiintoaineet, korroosio, likaantuminen, virtauksen sykkivyys ja mittausolojen muuttuminen.
- Putkistokoko aiheuttaa rajoituksia (kustannus ja tekniikka).
- Asennuspaikan valinta voi aiheuttaa ongelmia (ilmakuplat, sakkautuvuus, täysi putki, huollettavuus).
- Eri mittaustavoilla on erilainen tarkkuus ja toistuvuus ja erilaiset mitta-alueet (esim. mittalaippa 1:5, terminen ja coriolis 1:100).
- Useita suureita on mahdollista mitata samalla laitteella (coriolis = virtaus, tiheys ja l-tila).
- Asennuksen aiheuttamat virheet.
Kaupankäynnin mittaukset: www.tukes.fi.
Magneettimäärämittarin erittely (Excel)