Martin Šilhavý, DataCon s. r. o.
Záznam tlaku a teploty v prostředí s nebezpečím výbuchu
Firma DataCon s. r. o. se od svého založení v roce 1991 zabývá vývojem a výrobou snímačů tlaku a výšky hladiny, včetně návrhu speciálních jednoúčelových přístrojů. Ve spolupráci s odborníky z podzemního zásobníku plynu v Dolních Dunajovicích byl sestrojen přístroj PGI03IS, jehož technický popis je předmětem tohoto článku.
PGI03IS je bateriově napájený mikroprocesorový záznamník dat určený pro autonomní měření tlaku a teploty v prostředí s nebezpečím výbuchu (SNV). Je konstruován zejména pro měření na plynových sondách podzemního zásobníku plynu, tj. na vrtech, kterými se do zásobníku plyn vtláčí nebo naopak těží. Záznamník lze však použít ve všech aplikacích, kde je třeba měřit a zaznamenávat tlak výbušného média.
Funkce přístroje
Základním tlakoměrným prvkem je piezorezistivní čidlo tlaku firmy Druck, která je technické veřejnosti známa zejména jako výrobce kvalitních elektronických kalibrátorů tlaku. Čidlo tlaku Druck vyniká přesností a dlouhodobou stabilitou. Stabilita čidla tlaku je zásadním předpokladem stálosti parametrů celého přístroje. Rušivé vlivy okolí působící na piezorezistivní čidlo tlaku jsou zpravidla buď zanedbatelné nebo kompenzovatelné, ale jeho dlouhodobá stabilita se na výsledcích měření projeví v plném rozsahu.
Výstupní signál z čidla tlaku je, stejně jako signál z čidla teploty, konvertován ve 24bitovém A/D převodníku na číslo a předán procesoru k dalšímu zpracování. Údaj o tlaku je pomocí údaje o teplotě a sady kalibračních konstant oproštěn od závislosti na teplotě a převeden na inženýrské jednotky. Na inženýrské jednotky je převeden i údaj o teplotě.
Kromě tlaku a teploty sleduje záznamník též napětí vnitřní baterie. Hodnotu napětí lze také zaznamenávat, ale v praxi to má pouze omezený význam (ověření životnosti baterie při různé periodě měření).
V závislosti na nastaveném režimu záznamu jsou během měření hodnoty tlaku, teploty a popř. napětí baterie ukládány do paměti s kapacitou 32 000 hodnot. Ve chvíli, kdy je třeba zaznamenaná data přenést do nadřazeného systému, připojí obsluha k záznamníku počítač nebo ruční terminál a data si sejme. Data jsou přenášena přes standardní rozhraní RS-232 a s ručním terminálem MTL611B je možné je přenášet i v prostředí SNV. Vnitřní struktura záznamníku je patrná z obr. 1 a jeho základní vlastnosti jsou shrnuty v tab. 1.
Tab. 1. Technické parametry záznamníku PGI03IS
|
Tlak |
Teplota |
Měřicí rozsah |
od 0 až 50 kPa do 0 až 80 MPa |
-30 až +60 °C |
Rozlišovací schopnost |
<0,01 %1) |
0,1 °C |
Přesnost |
0,1 % z rozsahu |
±1 °C |
Kapacita paměti |
32 000 hodnot |
Komunikační rozhraní |
RS-232C; 9,6 kb/s |
Pracovní prostředí |
EEx ia IIA T4 |
Stupeň krytí |
IP67 |
Korozní odolnost |
austenitická ocel 17 246, 17 348; Hastelloy C276 |
Režimy záznamu
Základním režimem záznamu je prostý periodický záznam. Jestliže neměří, nachází se záznamník v režimu s velmi malou spotřebou energie. V určený okamžik vnitřní obvod reálného času probudí procesor. Ten inicializuje A/D převodník a ostatní obvody a vyčká, až je k dispozici platný údaj o tlaku a teplotě. Údaje načte, vykoná korekci na teplotu a přepočet na inženýrské jednotky a výsledky uloží do paměti. Ihned poté přejde zpět do stavu s velmi malou spotřebou energie.
Počet měření, ze kterých se počítá výsledný zaznamenávaný tlak, je možné nastavit v rozmezí 1 až 127. Nastavený počet měření je s periodou 0,1 s snímán z A/D převodníku do vyrovnávací paměti, po jejím naplnění je vypočten jejich aritmetický průměr a ten je jako výsledek teprve uložen do hlavní paměti.
Zápis do paměti je možné podmínit splněním určité podmínky. Je-li nastavena podmínka „větší než“, zapisuje se pouze při překročení horní mezní hodnoty. Podmínka „menší než“ funguje analogicky pro dolní mez. Podmínka „uvnitř pásma“ omezí záznam pouze na hodnoty ležící mezi mezemi a podmínka „vně pásma“ na hodnoty ležící mimo meze. Obě mezní hodnoty lze libovolně nastavit v celém měřicím rozsahu přístroje. Veličinou porovnávanou s mezemi může být tlak stejně jako teplota. Zvláštním režimem záznamu je „klouzavé okno“: naměřená hodnota je nejprve porovnána s hodnotou naposledy uloženou do paměti, a je-li jejich rozdíl menší než zadaný, není hodnota do paměti zaznamenána.
Omezení záznamu podmínkou odstraňuje data, která nejsou pro analýzu sledovaného jevu podstatná a jen zabírají místo v paměti. Vhodným nastavením režimu „klouzavé okno“ lze získat hodnoty měřených veličin pouze v době, kdy se mění, a vyloučit tak záznam ustálených stavů.
Záznamník PGI03IS má implementovánu funkci proměnného intervalu měření. Lze stanovit až osm libovolně dlouhých časových úseků, z nichž v každém může být použita jiná perioda snímání. Této vlastnosti se využívá, je-li v průběhu dlouhodobého sledování převážně konstantních veličin vykonána krátkodobá zkouška spojená s jejich rychlou změnou, kterou je třeba zaznamenat.
Obslužný software
K nastavení parametrů záznamníku, režimu měření a k sejmutí dat je spolu se záznamníkem dodáváno programové vybavení pro DOS a Windows 9x/2000. Program pro Windows umožňuje i okamžitou vizualizaci naměřených dat.
Data jsou exportována do textového souboru, jehož formát lze přizpůsobit požadavkům specializovaných programů, ve kterých se vyhodnocují a interpretují výsledky.
Měření na podzemním zásobníku plynu v Lotyšsku
Přístroje PGI03IS byly použity při výzkumu plynových sond na podzemním zásobníku Inchukalns v Lotyšsku nedaleko Rigy. Jeden záznamník byl instalován na výstupu ze sondy, tj. v místě, kudy proudí plyn z vrtu ven. Druhý záznamník měřil statický tlak v mezikruží sondy (obr. 2). Cílem měření bylo zaznamenat průběh rozdílu tlaků na výstupu ze sondy a v mezikruží při různých režimech těžby. Z rozdílu měřených tlaků byl vypočítán maximální přípustný výkon sondy (maximální průtok při těžbě).
Časové základny obou záznamníků byly synchronizovány s přesností 0,1 s a počátek měření byl nastaven na určenou hodinu. Záznamníky měřily s periodou 10 s. V desetiminutových intervalech byl z velínu zásobníku nastavován různý průtok plynu ze sondy. Ručním terminálem MTL611B připojeným k prvnímu ze záznamníků byl kontrolován tlak na výstupu ze sondy tak, aby nebyl překročen maximální povolený úbytek a nebyla poškozena sonda.
Test na jedné sondě trval přibližně hodinu. Po ukončení testu obsluha demontovala záznamníky, uložila data do počítače, znovu nastavila záznamníky a umístila je na další sondu.
Operátor poté vyexportoval naměřené údaje do textového souboru a vložil je do připravených tabulek v Excelu. Po doplnění údajů v tabulkách hodnotami průtoku bylo vyhodnocení ukončeno.
Produktivita práce byla oproti ručnímu měření řádově větší a dosažená přesnost několikanásobně lepší.
DataCon s. r. o.
1. pluku 12a
186 00 Praha 8
tel./fax: 02/231 59 42, 24 81 68 58
e-mail: silhavym@datacon.cz
web: www.datacon.cz
|