|
3+лекция_Измерительные+преобразователи,+датчики. Измерительные преобразователи (ИП), датчики
Нормирующие преобразователи Преобразователь сигналов резистивных датчиков в стандартный токовый сигнал БУС-10.
Предназначен для преобразования с резисторного датчика относительного изменения сопротивления в стандартный токовый сигнал 0..5мА. с целью передачи сигнала на расстояние.
Рис. 2.48.
Значение тока выхода, равное нулю, соответствует некоторому начальному сопротивлению R0 датчика RД. При изменении сопротивления от R0 до Rmax выходной ток изменяется от 0 до 5мА. ИОН – источник опорного напряжения.
Функциональный состав схемы:
RД – резистивный датчик со стандартной характеристикой. Эта характеристика нормируется начальным и конечным значениями сопротивления при изменении измеряемой величины в диапазоне изменений
R0 = 100Ом, Rmax= 150Ом.
Резистивная мостовая схема состоит из резисторов R1, R2, R3, R4 и питается от ИОТ (источник опорного тока). Как элемент мостовой схемы входит RД.
Двухконтурный ПИ-регулятор выходного тока, состоит из DA1, DA2, C1, C2, R5, R6, R8, R11 и сопротивлений в ОС R7, R9, R10.
П ервый контур регулирования формирует сигнал обратной связи для DA2 в виде падения напряжения на R9. Второй контур регулирования создает падение напряжения на R4, и таким образом балансирует измерительный мост. Выходной каскад собран на транзисторе VT1, резисторе R11 и защитном диоде VD1. Элементы R1, R8 и C2 образуют фильтры и одновременно являются элементами, вносящими астатизм в данный регулятор. При работе схемы возникают помехи. Поэтому элементы C1, R8 и C2 являются фильтрами, образуя одновременно интегратор.
Питание БУС-10 осуществляется от импульсного преобразователя.
Приняты следующие обозначения:
С – стабилизатор,
Г – генератор,
Т – трансформатор,
В1, В2 – выпрямители,
Ф1, Ф2 – фильтры.
Работа схемы БУС-10:
Устройство питается от промышленной сети 24В постоянного тока.
С – стабилизатор, стабилизирующий напряжение на некотором уровне, находящемся ниже уровня колебаний в сети 24В.
Пусть в начальный момент времени измерительный мост сбалансирован, и в обоих плечах моста текут равные токи. Следовательно, напряжение между точками a и b равно нулю. При изменении сопротивления датчика RД возникает разность потенциалов между точками a и b. Усиливаясь усилителями DA1 и DA2, это разность потенциалов вызывает изменение выходного тока схемы. Ток, пройдя через нормирующее сопротивление RН , возвращается в схему и создает падение напряжения на R9 для первого контура регулирования и на R4 для второго контура регулирования. Изменения падения напряжения на R4 компенсирует рассогласование мостовой схемы, и она возвращается в балансное состояние, когда потенциал между точками a и b равен нулю.
Генератор преобразует входящее напряжение UВХ в переменный ток J через первичную обмотку трансформатора Т. Выпрямители В1 и В2 выпрямляют полученное напряжение со вторичных обмоток. Ф1 и Ф2 фильтруют напряжение питания от пульсации. RД – сопротивление датчика, преобразующее входящий физический параметр в сигнал сопротивления. Измерительный мост преобразует сигнал сопротивления в дифференциальный сигнал напряжения.
Дифференциальный усилитель напряжения DA1 является одновременно интегралом. Он усиливает и одновременно фильтрует входной сигнал дополнительной интегрирующей цепочкой R8C2.
D
Рис. 2.49.
A2 – усилитель мощности, управляющий транзистором VT1. Диод VD1 служит для защиты перехода база-эмиттер от отрицательного напряжения, которое может возникнуть при переходных режимах.
Транзистор VT1 регулирует ток в токовой линии связи.
RН – нормирующий резистор, преобразующий сигнал тока в сигнал напряжения. Находится на стороне приемника сигнала.
R9R10 – резистивный делитель, формирующий сигнал ОС первого контура регулирования.
R4R7 – резистивный делитель, формирующий сигнал ОС второго контура регулирования.
X=X0 – входной параметр. В этом случае RД=RД0
RД=100Ом,
Разность потенциалов в точках a и b равно нулю (a- b=0), JВЫХ=0.
Входной параметр возрастает:
X=X1, тогда RД0
Входящий параметр достигает максимального значения:
X=Xmax, тогда RД=RДmax=150Ом, (a – b) принимает максимальное значение, а ток выхода JВЫХ=5мА.
П реобразователь малых постоянных напряжений в стандартный токовый сигнал (БУТ).
Рис. 2.50.
Предназначен для преобразования нестандартных электрических сигналов (сигналов термопар) в стандартный токовый сигнал (5мА).
Данная схема отличается от предыдущей тем, что последовательно с резистивным мостом включена термопара. В диагональ моста включен компенсирующий терморезистор RК, он предназначен для компенсации температуры холодного спая термопары.
Электрическая схема самого преобразователя содержит усилитель, и питается от двухполярного источника ± 15В питания. Преобразователь импульсный.
Существуют 2 принципа, по которым строятся блоки питания:
Трансформаторный;
Импульсный.
С – стабилизатор;
Г – генератор, который преобразует постоянное напряжение в переменное с частотой 30 кГц. Поскольку напряжение стало переменным, то трансформатор заработал и выдал на выходе другое значение напряжения.
Напряжение, снимаемое с вторичных обмоток, выпрямляется и фильтруется фильтром Ф.
2.9. Устройства, обеспечивающие работу датчиков во взрывоопасных помещениях
Рис. 2.51.
Приняты следующие обозначения:
ВЗ – взрывоопасная зона,
БИЗ – барьер искрозащиты,
М – модулятор,
Д – демодулятор,
НП – нормирующий преобразователь.
Источники питания на схеме не показаны, но они тоже имеют гальваническую развязку(за счет трансформатора) от источника питания и между искробезопасными цепями и выходными цепями преобразователя.
БИЗ ограничивает значения токов и напряжений на уровне безопасных значений, а также содержит RН для преобразования сигнала тока в сигнал напряжения.
Модулятор преобразует сигнал напряжения в переменный сигнал для последующей его передачи через трансформатор.
Демодулятор работает синхронно с модулятором и выпрямляет сигнал с выхода трансформатора.
Нормирующий преобразователь преобразует сигнал напряжения в стандартный электрический сигнал.
Барьер искрозащиты.
Б
Рис. 2.52.
арьер искрозащиты применяется при использовании вида взрывозащит «е»
Ех I – он обеспечивает передачу питания по взрывоопасным зонам и передачу сигнала из взрывоопасной зоны.
При использовании такого вида взрывозащиты ограничиваются параметры напряжения, тока, ёмкости и индуктивности линий связи и подключаемых к ней приборов с целью исключения возможностей образования искры с мощностью, достаточной для воспламенения взрывоопасной смеси.
Барьер искрозащиты способен ограничивать напряжение и ток в искробезопасной цепи на уровне заданных безопасных значений. Напряжение ограничивают стабилитроны (диоды Зенора, ограничительные диоды ), которые, как правило, включены с применением резервирования.
Ограничение по току в цепи питания обеспечивается R3 – R5, ограничение по напряжению обеспечивается стабилизаторами VD1- VD4.
Для цепи сигнала ограничение обеспечивает R6, ограничению по напряжению VD5, VD6.
R2 выполняет функцию нормирующего резистора, преобразует ток в напряжение. Избыточное количество стабилизаторов и сопротивлений используется с целью резервирования.
Блок питания датчиков – EХ.
Такое обозначение несет информацию о том, что данное устройство обладает видом взрывозащиты, искробезопасная электрическая цепь.
Структурно-функциональная схема:
Обозначения:
СИП – стабилизирующий источник питания,
П НТ – преобразователь напряжение-ток,
БИЗ – барьер искрозащиты,
HL1 – индикатор включения в сеть (лампа)
Схема имеет два идентичных канала.
Блок питания предназначен для совместной работы с датчиками ( с искробезопасным исполнением) с использованием стандартного токового сигнала 4..20мА.
У
Рис. 2.53.
станавливается вне взрывоопасных зон помещений и наружных установок. Искробезопасность входных цепей, связанная с датчиками достигается за счет ограничения тока и напряжения в его электрических цепях до безопасных значений, а также за счет соответствующего исполнения конструкторского блока.
Ограничение тока и напряжения достигается с помощью БИЗ (барьер искрозащиты).
Ограничение тока короткого замыкания осуществляется установкой БИЗ, резистора не менее 200Ом.
Ограничение напряжения на уровне 28В осуществляется с помощью стабилитрона КС512А.
Электрические цепи связаны с искрозащитными цепями, а также силовые цепи переменного тока, разделены нечетным экраном. Этот печатный экран соединен с «землей».
Искробезопасные цепи объемного монтажа проложены проводом, имеющий отличительный синий цвет.
Разъемы искробезопасных и неискробезопасных цепей выполнены взаимонезаменяемыми.
Участок платы, на которой расположены элементы БИЗ, закрыт специальными крышками, имеющими неразборную конструкцию.
Заключение для раздела ИП.
В последнее время появилось и стремительно развивается новое поколение
датчиков, в которых имеются встроенные контроллеры, осуществляющие преобразование сигнала в цифровую форму. Такой интеллектуальный датчик сам становится элементом вычислительной сети. Он становится микро-эвм, поддерживающей сетевой протокол и передающей данные уже в преобразованном в цифровую форму виде.
Часто в контроллере такого датчика производится предварительная цифровая обработка сигнала, например, коррекция систематической погрешности преобразователя, предварительная фильтрация случайных помех, а также контроль работоспособности. Как бы то ни было, но тенденция развития здесь однозначная - всё больше технических средств САиУ становятся чисто цифровыми. Среди датчиков появляются такие, в которых преобразование происходит непосредственно в цифровую форму, причём, непосредственно подготовленную к передаче по каналу связи.
Так же могут быть устроены и другие составные части САиУ. Цифровыми и интеллектуальными (со встроенными микроконтроллерами) могут являться исполнительные устройства, каналы связи, задатчики воздействий, фильтры и т.п. Кроме перепрограммируемости, это даёт повышение надёжности и гибкость конфигурации.
|
|
|
Скачать 1.21 Mb.