Pomiary wielkości nieelektrycznych mają fundamentalne znaczenie w nadzorowaniu procesów produkcyjnych oraz ocenie stanu urządzeń. Określenie wartości temperatury, ciśnienia, przepływu, wilgotności oraz wielu innych wielkości nieelektrycznych pozwala na efektywną kontrolę instalacji, elementów mechanicznych czy systemów automatyki.
Pomiary elektryczne wielkości nieelektrycznych, zwłaszcza takich jak temperatura, ciśnienie czy przepływ, stosowane są na szeroką skalę praktycznie we wszystkich gałęziach przemysłu, przyczyniając się do znacznego usprawnienia kontroli produkcji oraz poprawy bezpieczeństwa i higieny pracy. Warto nadmienić, że zastosowanie technik pomiarowych wielkości nieelektrycznych znacznie wykracza poza przemysł, obejmując swoim zasięgiem np. aparaturę codziennego użytku, a także odgrywa ważną rolę w medycynie, komunikacji, rolnictwie, a nawet astronomii. W niniejszym raporcie skupiono się jednak na przemysłowych pomiarach wielkości nieelektrycznych, z wyszczególnieniem tych najbardziej popularnych, jak również przedstawiono główne obszary zastosowań produktów pomiarowych oraz kryteria brane pod uwagę podczas ich zakupu.
Obecnie można zaobserwować dążenie do coraz większej automatyzacji produkcji, co wiąże się z inwestowaniem m.in. w sprzęt służący do pomiarów wielkości nieelektrycznych, przy zastosowaniu metod elektrycznych. W tym celu stosuje się różnego rodzaju przetworniki pomiarowe, które są używane np. w układach z czujnikami, dzięki czemu sygnał z czujnika zostaje przekształcony do postaci i wartości użytecznej dla dalszego procesu jego przetwarzania. Najczęściej przetworniki realizują przekształcanie wielkości fizycznych na wielkości elektryczne, takie jak napięcie elektryczne lub natężenie prądu.
Mimo że wykorzystanie urządzeń elektronicznych do pomiaru wielkości nieelektrycznych odsunęło na dalszy plan dawne metody pomiarowe, pozostają one nadal w użyciu, służąc m.in. do przeprowadzania specjalnych pomiarów laboratoryjnych oraz pomiarów bezpośrednich. Są one również niezastąpione w przypadku wzorcowania i skalowania elektronicznych urządzeń pomiarowych.
Najczęściej mierzone wielkości nieelektryczne
Temperatura
Zgodnie z odpowiedziami uzyskanymi od respondentów ankiety redakcyjnej, najczęściej mierzoną wielkością nieelektryczną jest temperatura (rys. 1). Twierdzi tak 92% użytkowników oraz 75%dostawców, biorących udział w sondażu. Pomiar tej wartości nieelektrycznej jest uznawany za niezbędny, zwłaszcza w przypadku kontroli procesu produkcji, instalacji HVAC, w systemach magazynowania itd.
Zważywszy na to, że podwyższona temperatura świadczy często o wadliwym działaniu danego obiektu technicznego, pomiary jej wartości są niezwykle pomocne przy określaniu potencjalnych miejsc usterek systemów maszynowych oraz innych elementów urządzeń wykorzystywanych w procesie produkcyjnym.
W celu dokonania pomiaru temperatury stosuje się różnego rodzaju przetworniki, zarówno z wyjściem elektrycznym, jak i nieelektrycznym. Jeśli chodzi o metody elektryczne, temperaturę można mierzyć na dwa sposoby: bezkontaktowo, przy pomocy pirometrów oraz kamer termowizyjnych, oraz kontaktowo, stosując czujniki termorezystancyjne (RTD) metalowe (platynowe, niklowe, miedziane) i półprzewodnikowe (wykonane z tlenków żelaza, manganu, litu tytanu i rutenu ? tzw. termistory) oraz czujniki termoelektryczne (TC), zwane termoparami.
Aktualna oferta rynkowa obejmuje różne typy czujników temperatury: od prostych modeli przewodowych, głowicowych, przez wykonania płaszczowe, które charakteryzują się niewielkimi wymiarami, wysoką rezystancją izolacji oraz dużą odpornością na agresywne środowisko. W asortymencie producentów i dostawców znajdują się czujniki z różnego rodzaju osłonami, m.in. metalowymi, żaroodpornymi, ceramicznymi czy szklanymi. Dostępne są także specjalistyczne czujniki temperatury (np. czujniki mediów agresywnych), czujniki do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem, z obudową ognioszczelną oraz z obudową wzmocnioną itd.
Jeśli chodzi o bezkontaktowe pomiary temperatury, powszechnie stosuje się w tym celu pirometry oraz kamery termowizyjne. W przeciwieństwie do pirometru, który mierzy głównie temperaturę punktu lub bardzo małej powierzchni, kamera termowizyjna dokonuje jednocześnie kilkadziesiąt czy kilkaset tysięcy pomiarów punktowych w przestrzeni obejmowanej przez jej obiektyw, w związku z czym idealnie nadaje się do skanowania dużych obszarów lub obiektów. Ponadto termowizja rozszerza możliwości pirometrów na obrazowanie rozkładu przestrzennego pola temperatury na powierzchni elementu czy obiektu. Mimo wciąż rosnącej liczby zwolenników termowizji, mierniki pirometryczne nadal cieszą się dużą popularnością, stanowiąc alternatywę dla stosowania drogich kamer termowizyjnych.
Ciśnienie
Tuż za temperaturą, na drugim miejscu najczęściej mierzonych wielkości nieelektrycznych znalazło się ciśnienie (87% wskazań użytkowników i 67% wskazań dostawców). Pomiar ciśnienia, który może dotyczyć cieczy, sprężonego powietrza oraz innych gazów, należy do najczęściej wykonywanych pomiarów w sektorze przemysłowym, grzewczym, wentylacyjnym oraz inżynierii procesowej.
Oprócz urządzeń mechanicznych w ofercie dostawców i producentów znajdują się także urządzenia elektroniczne, które pozwalają na pomiar i kontrolę ciśnienia w układach automatyki przemysłowej. Pierwszą grupę stanowią presostaty i przetworniki analogowe, cechujące się prostą budową, natomiast w skład drugiej grupy produktów, o zaawansowanej konstrukcji i technologii przetwarzania sygnałów, wchodzą manometry cyfrowe oraz przetworniki inteligentne. Urządzenia te pozwalają przesyłać na większe odległości informacje o mierzonym ciśnieniu w postaci sygnału analogowego lub cyfrowego, który może być użyty w układach regulacji oraz wizualizacji procesów produkcyjnych.
W ofercie rynkowej dostępnych jest wiele różnych elektronicznych urządzeń do pomiaru ciśnienia. Biorąc pod uwagę materiał, z jakiego wykonany jest sam czujnik pomiarowy, a także jego konstrukcję, w asortymencie oferowanym przez dostawców można znaleźć urządzenia tensometryczne, piezorezystancyjne czy pojemnościowe.
Obecnie, ze względu na postępującą automatyzację wielu procesów przemysłowych, klienci coraz chętniej decydują się na elektroniczne metody pomiaru. Coraz większą popularność zyskują więc wspomniane wcześniej tzw. urządzenia inteligentne, z sygnałami cyfrowymi, dla standardów sieci przemysłowych, takich jak np. HART czy Profibus.
Przepływ
Przemysłowe pomiary wielkości nieelektrycznych często dotyczą także przepływu (71% wskazań użytkowników i 50% wskazań dostawców). Pomiary przepływu wody, gazu ziemnego, olejów mineralnych, pary wodnej, chemikaliów oraz innych płynów mają ogromny wpływ na bezpieczeństwo, optymalizację procesu, jakość wytwarzanych produktów, jak również ochronę środowiska. W ofercie producentów i dostawców przepływomierzy znajdują się urządzenia wykorzystujące różne metody pomiaru: w przypadku przepływu objętościowego są to metody: elektromagnetyczna, wirowa czy ultradźwiękowa, natomiast w przypadku przepływu masowego stosuje się metodę Coriolisa lub termiczną.
Wilgotność
Jak pokazuje rys. 1, spośród często mierzonych wielkości nieelektrycznych w dalszej kolejności została wymieniona wilgotność, której pomiary dotyczą określenia zawartości wody w ciałach stałych (np. pomiar wilgotności drewna) lub pary wodnej w gazach. Wilgotność to parametr mający bezpośredni wpływ na produkcję i jej jakość (zwłaszcza w branży spożywczej, farmaceutycznej itp.), transport czy przechowywanie towarów. Również systemy wentylacyjne i klimatyzacyjne muszą być kontrolowane pod względem tego parametru.
Można wyróżnić wiele metod pomiaru wilgotności i opartych na nich rozwiązań mierników wilgotności. W tym celu wykorzystuje się: rozszerzanie lub kurczenie się włosa bądź elementu bimetalicznego (higrometry włosowe i bimetaliczne), techniki termometryczne (wilgotnościomierze z termometrami suchym i mokrym, psychrometr Assmanna), pomiar temperatury punktu rosy (np. mierniki optyczne), zmiany parametrów elektrycznych (wilgotnościomierze rezystancyjne i pojemnościowe), absorpcję promieniowania elektromagnetycznego (podczerwieni, mikrofal) oraz neutronową metodę pomiaru.
Pomiary fizykochemiczne
Na liście najczęściej wykonywanych czynności pomiarowych wielkości nieelektrycznych nie zabrakło również pomiarów fizykochemicznych. Nic w tym dziwnego, gdyż dostęp do takich danych, jak np. gęstość, lepkość, barwa, mętność, wartość pH, przewodność czy zawartość tlenu rozpuszczonego dla różnych materiałów i substancji w dużej mierze decyduje o efektywności prowadzonych procesów. Stąd też duże zainteresowanie różnego rodzaju czujnikami, analizatorami czy przetwornikami wielkości i parametrów fizykochemicznych.
Inne wielkości
Warto w tym miejscu dodać, że za inne, oprócz wyżej wymienionych, wielkości nieelektryczne, które najczęściej podlegają pomiarom, zostały uznane m.in.: siła, prędkość liniowa i obrotowa, położenie, przesunięcie, natężenie oświetlenia oraz dźwięku.
Na co zwracają uwagę klienci?
? Klienci szukają rozwiązań cechujących się doskonałymi parametrami technicznymi, wynikającymi z użytej najnowszej technologii, a także wygodą obsługi, będącą zasługą odpowiedniego podejścia do produktu, np. wykorzystania interfejsów sieciowych oraz elastycznością, wynikającą z bogatego portfolio ? uważa Szymon Gumółka, Marketing Manager w firmie Balluff.
Wspomniane wyżej parametry techniczne są ? zdaniem ankietowanych użytkowników ? głównym kryterium, branym pod uwagę przy zakupie produktów służących do pomiarów wielkości nieelektrycznych. Twierdzi tak 82% osób (rys. 2). Zgodnie z typowaniami tej grupy respondentów, w dalszej kolejności znalazły się: trwałość (68%), cena (66%), marka (48%). Za nieco mniej ważne zostały uznane: wsparcie posprzedażowe (37%), dostępność oraz szybkość dostawy (29%), gwarancja (27%) i opinia innych użytkowników (13%).
Z kolei zdaniem sondowanych dostawców najważniejszym czynnikiem decyzyjnym jest cena (83%). Parametry techniczne i marka znalazły się na drugim miejscu, otrzymując 67% wskazań. Zdaniem ok. 40% dostawców przy wyborze omawianych produktów klienci zwracają uwagę na takie aspekty, jak: trwałość, wsparcie posprzedażowe oraz dostępność i szybkość dostawy. Czynnikami mniej istotnymi są zaś gwarancja (17%) oraz opinia innych użytkowników (8%).
Za ?inne? ważne kryteria, wpływające na decyzję zakupową, zostały uznane m.in.: łatwość obsługi, dokładność, czułość, zakres pomiarowy, jakość oraz możliwość programowania formuł.
Główne obszary zastosowań
Zdaniem ankietowanych użytkowników, najważniejszym odbiorcą czujników oraz innych przyrządów przeznaczonych do pomiaru wielkości nieelektrycznych jest produkcja (61%). Innymi istotnymi obszarami zastosowań tych produktów, przedstawionymi w kolejności malejącej, są branże: chemiczna, energetyczna, maszynowa, wodno-kanalizacyjna, ciepłownicza, spożywcza, rafineryjna, farmaceutyczna, a także ochrona środowiska, HVAC oraz budownictwo.
Nieco inaczej przedstawiają się typowania dostawców. Według nich prym wiedzie branża spożywcza (75%). Na kolejnych miejscach znalazły się: branża chemiczna, produkcja, przemysł farmaceutyczny, rafineryjny, branża ciepłownicza, budownictwo itd. (rys. 3).
Warto dodać, że wśród wypowiedzi ?inne? pojawiły się m.in.: przemysł motoryzacyjny, przetwórstwo tworzyw sztucznych, górnictwo oraz medycyna.
Natomiast jeśli chodzi o najbardziej perspektywiczne obszary zastosowań produktów przeznaczonych do pomiaru wielkości nieelektrycznych, to ? zdaniem użytkowników ? są nimi przede wszystkim: produkcja, branża maszynowa, energetyka, ochrona środowiska, branża spożywcza i chemiczna. Z kolei dostawcy uważają, że głównymi odbiorcami w niedalekiej przyszłości będą branże: spożywcza, farmaceutyczna, maszynowa oraz przemysł motoryzacyjny.
Rynek w ocenie dostawców
Zważywszy na szeroki wachlarz zastosowań omawianych produktów, znacznie wykraczających poza przemysł, popyt na nie nieustannie jest bardzo duży i wciąż rośnie. Mimo obecności na polskim rynku dużej liczby producentów (w tym wielu producentów krajowych) oraz dostawców działających w obszarze pomiarów wielkości nieelektrycznych, a co za tym idzie ? dużej konkurencji ? podmioty zajmujące się sprzedażą czujników oraz aparatury pomiarowej nie mają większych powodów do narzekań.
Respondenci, poproszeni o ocenę obecnej sytuacji na polskim rynku produktów służących do pomiaru wielkości nieelektrycznych, stwierdzili, że jest ona dobra (75%) lub nawet bardzo dobra (17%). Jedynie nieliczni uznali ją za złą (rys. 4).
Jak zauważa Maciej Kiepś, specjalista ds. automatyki w firmie WObit, dobra sytuacja na polskim rynku produktów przeznaczonych do pomiaru wielkości nieelektrycznych wiąże się nierozerwalnie z ciągłym rozwojem firm, które coraz częściej wykazują zapotrzebowanie na automatyzację procesów produkcyjnych.
? Bez sprzężenia zwrotnego z linii produkcyjnych proces automatyzacji nie jest możliwy ? twierdzi specjalista. ? Najlepszym sposobem na uzyskanie informacji zwrotnej z linii produkcyjnych jest zastosowanie czujników, na które zapotrzebowanie na rynku ciągle się zwiększa. Najintensywniejsze zapotrzebowanie na sensorykę występuje w urządzeniach wysoko specjalizowanych, w których należy realizować takie operacje, jak pozycjonowanie, kontrola błędów lub sterowanie, zależne od dynamicznie zmieniających się warunków. W Polsce obserwujemy ciągły wzrost kompetencji firm, które aplikują rozwiązania w przemyśle. Wraz ze wzrostem kompetencji rośnie również zapotrzebowanie na precyzyjną kontrolę procesów produkcyjnych, którą zapewniają produkty przeznaczone do pomiaru wielkości nieelektrycznych.
Również w opinii Łukasza Nowaka, Instrumentation Technical Sales Support Team Leadera w firmie ABB, rynek produktów służących do pomiaru wielkości nieelektrycznych rozwija się bardzo dynamicznie.
? Wraz z rozwojem techniki rośnie również dokładność produktów oraz ich funkcjonalność. Dzięki temu użytkownicy mogą dokładniej regulować swój proces lub też monitorować swoje media. Każdego roku każda firma wprowadza kilka nowych produktów. Co ciekawe, nieraz co najmniej jeden wśród nich jest zupełnie czymś nowym ? mówi ekspert.
Podobne zdanie na ten temat ma Krzysztof Witkowski, Product Manager w firmie Transfer Multisort Elektronik.
? Branża czujników przechodzi renesans ? ocenia. ? Pojawiają się coraz lepsze i tańsze czujniki. Standardem stają się kompensacja temperatury, wyjścia cyfrowe czy wzmacniacz sygnału wyjściowego. Obniża się także koszt produkcji czujników dzięki zastosowaniu nowoczesnych, tańszych technologii.
Grzegorz Nadolny, właściciel firmy Samso, potwierdza, że zapotrzebowanie na tego rodzaju produkty wciąż rośnie, choć jednocześnie napotyka też pewne ograniczenia.
? Różnorodność produktów, ich ilość i różna jakość sprawia, że można zauważyć kryzys w sektorze produktów najwyższej jakości, na korzyść produktów tańszych, słabszej jakości ? dodaje.
Plany zakupowe i prognozy sprzedażowe
Jak wynika z przeprowadzonego sondażu, w ciągu najbliższych 12 miesięcy planowane wydatki na zakup czujników i aparatury służącej do pomiaru wielkości nieelektrycznych, w porównaniu z rokiem poprzednim, zwiększą się (44%), pozostaną na tym samym poziomie (39%) bądź zmaleją (17%).
Osoby deklarujące chęć nabycia analizowanych w ankiecie produktów, uzasadniając swoją decyzję, powołują się na takie aspekty, jak: rozwój gospodarczy, rozbudowa zakładu oraz modernizacje, zwiększenie zakresu usług, wzrost produkcji, ciągłe dążenie do zwiększenia jakości produktu i utrzymania ciągłości pracy bez nieplanowanych przestojów, dążenie do coraz większej kontroli nad procesem, ochrona środowiska, racjonalizacja zużycia nośników energii, a także naturalne zużycie produktów pomiarowych (np. czujników ciśnienia), co wiąże się z koniecznością regularnego dokonywania zakupów.
Na uwagę zasługuje fakt, że urządzenia służące do przeprowadzania pomiarów wielkości nieelektrycznych wykorzystywane są przez ankietowanych użytkowników w następujących celach: na potrzeby własnego zakładu ? 68%, na potrzeby budowy specjalizowanego sprzętu (OEM) ? 15% lub ze względu na oba powyższe czynniki ? 17%.
Przyjrzyjmy się teraz prognozom sprzedażowym omawianej grupy produktów. Według zdecydowanej większości dostawców ich sprzedaż się zwiększy (83%), tylko nieliczni deklarują pozostanie na tym samym poziomie (9%) lub zmniejszenie sprzedaży (8%).
Zdaniem respondentów za wzrostem sprzedaży przemawiają takie czynniki, jak np.: wzrost popytu na tego typu produkty, rozwój firmy, coraz bogatsze portfolio, pojawianie się w ofercie produktów coraz bardziej zaawansowanych technicznie, a także niższe ceny produkcji czujników, będące następstwem wykorzystania nowszych i tańszych technologii.
Optymistyczne wizje przyszłości wynikają też zapewne z osiągnięcia bardzo dobrych wyników sprzedażowych w ciągu minionych 12 miesięcy. Okazuje się bowiem, że w przypadku 92% ankietowanych dostawców w ubiegłym roku ? w porównaniu z okresem wcześniejszym ? nastąpił wzrost sprzedaży produktów przeznaczonych do mierzenia wielkości nieelektrycznych. Jedynie niewielki odsetek respondentów (8%) doświadczył spadku ich sprzedaży. Respondenci mogący się poszczycić zadowalającymi wynikami sprzedaży liczą na podobny przebieg wydarzeń również w nadchodzących miesiącach.
Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej wśród Czytelników magazynu ?Control Engineering Polska?. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od dostawców produktów przeznaczonych do pomiaru wielkości nieelektrycznych. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.
Autor: Agata Abramczyk, Control Engineering Polska
Tekst pochodzi z nr 5/2015 magazynu "Control Engineering Polska". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
