Wskaźniki analogowe i cyfrowe. Historia i perspektywy rozwoju.

Czym jest i do czego służy wskaźnik

Wskaźniki służą do pomiaru parametrów procesowych i prezentacji wyniku osobom kontrolującym te procesy. Mogą one mierzyć:
• wielkości fizyczne, takie jak np. temperatura, ciśnienie, poziom, przepływ i inne;
• wielkości elektryczne: prąd, napięcie, rezystancja i inne – na ich podstawie wyliczane są inne wielkości, jak np. moc, energia, współczynnik mocy itp.

Wskaźniki można sklasyfikować, np. w zależności od sposobu prezentowania informacji:
• wskaźniki nanalogowe;
• wskaźniki cyfrowe;
• wskaźniki cyfrowe z bargrafem.

Wskaźniki analogowe

Wskaźniki analogowe to urządzenia o mechanicznej konstrukcji układu pomiarowego, która w zależności od rodzaju sygnału pomiarowego: stałoprądowego lub zmiennoprądowego wykorzystuje ustroje magnetoelektryczne lub elektromagnetyczne. W praktyce spotyka się również wskaźniki analogowe z wbudowanym przetwornikiem wielkości elektrycznej.

Są to np. watomierze, częstościomierze i mierniki współczynnika mocy, które de facto są wskaźnikami o ustroju magnetoelektrycznym, do którego podłączony jest sygnał z układu elektronicznego przetwarzającego wielkości elektryczne na sygnał stałoprądowy. 

Wskaźniki analogowe

Wskaźniki analogowe niemal w większości są przeznaczone do pomiaru konkretnej wielkości fizycznej lub elektrycznej. Spotykane są również analogowe wskaźniki wielozakresowe, takie jak woltomierze dla sieci trójfazowych.

Jest to rozwiązanie z wbudowanym przełącznikiem napięć. A także mierniki dwuustrojowe – bimetalowe i elektromagnetyczne – umieszczone w jednej obudowie.

Taka konstrukcja pozwala na odczyt wartości chwilowej napięcia lub prądu (ustrój elektromagnetyczny), a także wartości średniej (ustrój bimetalowy). Takie mierniki są wyposażone często w dodatkową wskazówkę wskazującą maksymalną wartość średnią.  

Wskaźniki analogowe

Wskaźniki cyfrowe

Wskaźniki cyfrowe wykorzystują analogowe i cyfrowe rozwiązania elektronicznych układów pomiarowych. W tym przypadku spotyka się wskaźniki dedykowane do pomiaru konkretnej wielkości fizycznej lub elektrycznej.

A także wskaźniki z wejściami uniwersalnymi, w których użytkownik ma możliwość wyboru rodzaju sygnału pomiarowego – najczęściej za pomocą przycisków i menu wskaźnika, ale także za pomocą mechanicznych mikroprzełączników lub w sposób programowy, poprzez programator i program konfiguracyjny na komputer klasy PC dostarczany przez producenta danego wskaźnika.

Pierwsza grupa wskaźników – z dedykowanym wejściem pomiarowym – najczęściej pełni funkcję prostego wskaźnika wartości mierzonej. Dlatego nie posiadają one na ogół wyjść alarmowych, analogowych i cyfrowych interfejsów komunikacyjnych. 

Prosty wskaźnik wartości mierzonej

 Drugą grupę stanowią wskaźniki bardziej zaawansowane pod względem ilości obsługiwanych sygnałów pomiarowych oraz uniwersalności układu pomiarowego. Często są one wyposażane w interfejs do konfiguracji (przyciski lub interfejs cyfrowy do konfiguracji z komputera PC).

Dodatkowo w tej klasy rozwiązaniach producenci najczęściej oferują wyjścia alarmowe do sygnalizacji przekroczeń zadeklarowanych progów wartości mierzonej, a także – w bardziej zaawansowanych rozwiązaniach – standardowe wyjścia analogowe rozszerzające funkcjonalność wskaźnika o przetwarzanie wartości mierzonej.

Standardowe zakresy wyjść analogowych to zakresy powszechnie stosowane w automatyce: 0/4...20mA d.c. lub 0...10V d.c. Od kilku lat bardzo powszechnym rozwiązaniem jest instalowanie we wskaźnikach interfejsów komunikacyjnych.

Umożliwia to łączenie wskaźników ze sterownikami PLC lub systemami klasy SCADA. Najczęściej stosowanym, z uwagi na odporność na zakłócenia panujące w przemyśle, jest interfejs RS485.

Pozwala on budować magistrale komunikacyjne łączące do 32 mierników za pomocą jednej pary skręconych przewodów (tzw. skrętki). 

Najczęściej stosowany w przemyśle interfejs RS485.

Wskaźniki cyfrowe z bagrafem

Osobną podgrupę mierników cyfrowych stanowią urządzenia ze wskaźnikiem cyfrowym i linijką diodową odwzorowującą poziom wartości mierzonej. Znajdują one zastosowanie głównie w branży wodno-kanalizacyjnej oraz automatyki do wizualizacji poziomu, ciśnienia, ilości cieczy w zbiornikach i temperatury. 

Wskaźniki cyfrowe z bagrafem

Historia i perspektywy rozwoju wskaźników cyfrowych

Pierwsze wskaźniki cyfrowe pojawiły się na rynku automatyki na początku lat 70. XX wieku i ich konstrukcja do cyfrowej prezentacji wyniku wykorzystywała specjalizowane lampy elektronowe. Stosowane w tych rozwiązaniach układy pomiarowe bazowały na analogowych układach elektronicznych.

Wraz z rozwojem technologii mikroprocesorowej i optoelektroniki, na początku lat 90. XX w. pojawiły się rozwiązania wykorzystujące układy mikroprocesorowe z wyświetlaczami LED. Otworzyły one drogę dla bardziej zaawansowanych funkcyjnie rozwiązań mierników cyfrowych.

Obecnie powszechne są funkcje:
• alarmowe – sygnalizacja przekroczeń wartości mierzonej;
• przetwarzania wartości mierzonej na sygnał standardowy – łączenie pomiaru i wyświetlenia wartości z funkcją przetwornika obiektowego;
• komunikacyjne – przesyłanie w sposób cyfrowy informacji o wartości mierzonej do innych urządzeń;
• możliwość programowania nastaw w wygodny sposób za pomocą oprogramowania konfiguracyjnego pracującego na komputerze PC.

Rozwój technologii LCD pozwolił wprowadzić kolejne odmiany mierników cyfrowych wykorzystujących tę technologię do wizualizacji wyników pomiarów.

Obecnie, dzięki wielobarwnym wyświetlaczom segmentowym LED, obserwuje się połączenie funkcji wyświetlania pomiaru z funkcją sygnalizacji o poprawnej wartości mierzonej. Na rynku dostępne są mierniki z wielokolorowym wyświetlaczem, pozwalające na wizualizację stanu procesu poprzez zmianę koloru wyświetlanej wartości.

Dzięki temu obsługa może w błyskawiczny sposób ocenić stan procesu bez konieczności analizy wskazywanej wartości cyfrowej.

Niewątpliwie, podobnie jak w przypadku droższych urządzeń (sterowniki PLC, panele HMI, rejestratory), tak i w tej grupie przyszłością będzie integracja interfejsów Ethernet otwierająca komunikacyjnie "na świat" tę grupę urządzeń.

Czytaj więcej na temat pomiarów parametrów procesowych: temperatury, prądów i napięcia:

Wskaźniki i rejestratory: klasyfikacja błędów pomiarowych, klasa dokładności przyrządu pomiarowego.

Pomiar temperatury - czujniki rezystancyjne. Kompensacja temperatury.

Czujniki termoelektryczne i kompensacja temperatury zimnych końców. Termopary płaszczowe.

Pomiar prądów stałych i przemiennych. Pomiar prądu silnika jednofazowego.

Pętla prądowa 4...20mA. Retransmisja sygnału mierzonego. Separacja galwaniczna.

Rejestratory przebiegu procesów przemysłowych

Historia i perspektywy rozwoju rejestratorów