Поддержка по электронной почте
tf.co@tfjt.com
Позвоните в службу поддержки
+8618920338351
+8618920338351
Когда говорят про частотный датчик расхода, многие сразу представляют себе что-то суперсовременное и безотказное. Но на деле, основная путаница начинается с самого принципа работы. Часто путают выходной сигнал и метод измерения. Сам датчик может быть вихревым, ультразвуковым, электромагнитным — но выход у него частотный, пропорциональный расходу. И вот эта ?пропорциональность? на практике оказывается зоной, где кроется большинство косяков при интеграции.
Взял я как-то для одного проекта частотный датчик вихревого типа, для теплоносителя. В паспорте — идеальная линейная характеристика. Привезли, поставили. А система управления, старая еще, с частотным входом работала с жестко заданным диапазоном, скажем, от 0 до 1000 Гц. И тут выяснилось, что при минимальных расходах наш датчик выдает не 10-20 Гц, как ожидалось по идеальной кривой, а сигнал начинает ?плыть?, появляются сбоиные выбросы. Шум от насосов, вибрации труб — все это накладывалось. Выходной каскад датчика не справлялся с фильтрацией. Пришлось городить внешний формирователь сигнала. Мораль: паспортная линейность — это в идеальных условиях стенда. В реальной обвязке всегда есть зона нечувствительности на старте и влияние помех.
Еще один момент, который часто упускают из виду — это зависимость от параметров среды. Тот же вихревой датчик критичен к вязкости. Меняли как-то тип масла в гидросистеме — вязкость упала. И все, калибровка ?уплыла?. Частотный сигнал вроде стабильный, а пересчет на объем уже дает погрешность. Причем не постоянную, а зависящую от расхода. Так что ?частотный? — это не волшебная таблетка от всех проблем. Это просто тип выходного интерфейса, который еще нужно грамотно применить.
Или вот электромагнитные расходомеры с частотным выходом. Казалось бы, надежнее некуда. Но если в жидкости есть пузырьки или неравномерное распределение потока (а это почти всегда после колена или задвижки), то индуцируемая ЭДС скачет, и частота на выходе начинает дрожать. Контроллер, принимающий сигнал, может интерпретировать это как реальные колебания расхода. Приходится увеличивать постоянную времени усреднения, а это потеря в быстродействии контура регулирования. Вечный компромисс.
Сейчас много говорят про умные сети и дистанционный сбор данных. Вот, к примеру, вижу в ассортименте компании ООО Тяньцзинь Тяньфэй Хайтай Клапан (https://www.tfht.ru) счетчики воды с NB-IoT. Логично, что для таких решений часто используют как раз датчики с частотным выходом. Почему? Цифровой сигнал, удобный для прямого преобразования микроконтроллером модуля передачи данных. Аналоговый 4-20 мА потребовал бы дополнительного АЦП, лишних преобразований, потерь.
Но здесь своя специфика. Если такой умный счетчик стоит в колодце или в неотапливаемом помещении, то зимой встает вопрос питания и работы электроники на холоде. Частотный выход — это активная схема. При низких температурах может ?поплыть? опорная частота генератора или вырастет погрешность кварца. Мы как-то ставили эксперимент с подобным оборудованием в камере холода. При -25°C частотный сигнал с одного из датчиков начал девировать, хотя сам первичный преобразователь (например, крыльчатка) работал исправно. Проблема была в самом формирователе импульсов. Так что при подборе датчика расхода для суровых условий нужно смотреть не только на степень защиты IP, но и на температурный диапазон именно выходного каскада.
Компания, которую я упомянул, позиционирует себя как разработчик разнообразной продукции, включая IoT-решения. Это наводит на мысль, что они наверняка сталкивались с подобными интеграционными challenges. Хороший производитель обычно в технической ноте указывает не только ?выход: прямоугольные импульсы 0-5В?, но и такие параметры, как нагрузочная способность выхода, максимальная длина кабеля без повторителя, устойчивость к электромагнитным помехам в промышленной среде. Это те мелочи, которые решают успех проекта.
Был у нас проект по учету технической воды на промплощадке. Решили сэкономить и поставить простые тахометрические счетчики с частотным датчиком Холла — дешево и сердито. Поставили, все работает. Но среда оказалась с мелкой взвесью, абразивом. Механическая крыльчатка начала изнашиваться, зазоры увеличились. Частота импульсов (один импульс на оборот) осталась прежней, а вот объем за один оборот — уже нет. Расход стал занижаться. Сигнал-то частотный был стабильный, контроллер радостно его считал, а ошибка набегала в десятки процентов. Уловили только по резкому расхождению балансов.
Пришлось менять на бесконтактные ультразвуковые датчики. Там тоже частотный выход, но формируется он уже не от механического вращения, а от времени прохождения сигнала. И вот тут важно: частотный выход у них — это уже результат внутренней обработки цифровым процессором. То есть это оцифрованный и усредненный сигнал. Он лишен дрожания из-за механического износа, но появляется задержка — время усреднения. Для учета — идеально, для быстрого контура регулирования — уже может быть неприемлемо.
Этот случай хорошо показывает, что выбор типа первичного преобразователя важнее, чем тип выходного сигнала. Частотный датчик расхода — это лишь финальное звено в цепи. И если на входе в это звено поступает некорректная информация (из-за износа, неподходящей среды, турбулентности), то даже идеально стабильная частота на выходе будет врать.
С калибровкой частотных датчиков тоже не все однозначно. Если датчик с аналоговым выходом 4-20 мА можно условно проверить мультиметром, то с частотным нужно либо осциллограф, либо частотомер, либо, что правильнее, контрольный расходомер на стенде. Многие ли могут это организовать на объекте? Часто ограничиваются проверкой ?идет ли сигнал?. Поставили магнит на датчик Холла — импульс есть, и ладно.
А ведь коэффициент преобразования (литры на импульс) мог сбиться. Особенно это касается устройств, где этот коэффициент задается перемычками или даже программно. Однажды столкнулся с ситуацией, когда на однотипные объекты поставили партию датчиков. Монтажники их включили, все заработало. А через полгода выяснилось, что на половине датчиков стояла заводская настройка для диаметра DN50, а трубы у нас были DN40. Коэффициент не поменяли. Сигнал частотный был, импульсы считались, но объемы учитывались неверно. Ошибку нашли почти случайно.
Поэтому сейчас я — сторонник устройств, где этот коэффициент защищен от случайного изменения, или, как в некоторых современных моделях, его можно считать со штрих-кода на корпусе. Упомянутая ранее компания ООО Тяньцзинь Тяньфэй Хайтай Клапан в своих IoT-счетчиках, наверняка, эту проблему решает на уровне прошивки и администрирования облачного сервиса, где можно дистанционно сверить серийный номер прибора и его паспортные данные.
Сейчас тренд — беспроводная передача. Тот же NB-IoT. И здесь частотный выход снова в выигрыше. Микроконтроллер модуля связи легко считает импульсы за заданный интервал, упаковывает данные (например, ?за последний час 1250 импульсов?) и отправляет экономным пакетом. Никаких лишних преобразований аналог-цифра. Это снижает энергопотребление, что критично для автономных устройств.
Но здесь новая головная боль — обеспечение надежного съема сигнала на самом датчике. Если это сухие контакты реле (самый надежный вариант с гальванической развязкой), то нужно думать о дребезге. Если это транзисторный выход с питанием, то о согласовании уровней напряжения с платой микроконтроллера. Опять мелочи, от которых зависит стабильность работы годами.
Так к чему я все это? Частотный датчик расхода — это не просто ?импульсный выход?. Это целая история о правильном выборе первичного преобразователя, об условиях эксплуатации, о согласовании с приемной аппаратурой и о понимании физики процесса. Его кажущаяся простота — обманчива. Он требует такого же, если не большего, внимания к деталям, как и любой другой тип интерфейса. Главное — не гнаться за модным словом ?частотный?, а четко понимать, что стоит за ним в каждой конкретной точке установки. И тогда он станет надежным и точным инструментом, будь то в простом счетчике или в сложной АСУ ТП. Опыт, в том числе и негативный, как раз и заключается в том, чтобы научиться задавать правильные вопросы о среде, монтаже и смежном оборудовании еще на этапе подбора, а не после запуска.
