Cопряжение датчиков технологических параметров с вторичными приборами

Cопряжение датчиков технологических параметров с вторичными приборами

Общие положения

1. Для организации контроля (измерения) какого-либо технологического параметра необходимо построить (организовать) соответствующую измерительную цепь (ИЦ).   

ИЦ может быть простой или сложной. Простая  ИЦ состоит лишь из первичного преобразователя (датчика) и вторичного прибора. Сложные ИЦ дополнительно включают в себя  преобразователи сигналов, усилители, согласующие устройства, другие элементы.

 Обязательными элементами любой ИЦ  являются, таким образом, датчик и вторичный прибор,  которые пользователю необходимо уметь правильно сопрягать между собой.

2. Современные промышленные датчики характеризуются большим разнообразием типов, но при решении задачи сопряжения  значение имеют, прежде всего, параметры их выходных электрических сигналов и особенности входов сопрягаемых с ними вторичных приборов.

Современные вторичные приборы строятся преимущественно на базе программируемых микроконтроллеров, хотя до сих пор используются и специализированные контрольно-измерительные приборы (в дальнейшем под вторичными приборами будут пониматься именно программируемые микроконтроллеры). В процессе программирования микроконтроллера самим пользователем задаются реализуемые измерительным средством функции и его конкретные технические характеристики.

3. В процессе сопряжения датчиков технологических параметров с вторичными приборами (микроконтроллерам) необходимо, таким образом, решать две основные задачи:

1) правильно подключать датчики к вторичным приборам (т.е. правильно согласовывать их по входам и выходам);  

2) правильно программировать микроконтроллеры для выполнения требуемых функций (в соответствии с заданными техническими условиями).

Подключение датчиков к вторичным приборам

 При подключении датчиков к программируемым микроконтроллерам необходимо учитывать особенности выходных сигналов датчиков и правильно согласовывать их с используемыми входами микроконтроллеров.

1. Выходные сигналы датчиков.

Выходные сигналы датчиков могут быть естественными (напряжение постоянного или переменного тока, термоэдс, сопротивление и др.)  и унифицированными (напряжение постоянного тока: 0-1 В, 0-2 В, 0-10 В; постоянный ток: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА и др.)

Особенности выходных сигналов датчиков полностью описываются их  поминальными статическими (градуировочными) характеристиками (HCX).

Примеры НСХ датчиков с естественными выходными сигналами:

а) НСХ датчика давления с диапазоном измерения 0-5000 кПа и выходным сигналом напряжения переменного тока 0-2 В;

б) НСХ датчика расхода с диапазоном измерения 0-400 м³/ч и с выходным сигналом напряжения переменного тока 0-1 В;

в) НСХ датчиков температуры (термометров сопротивления стандартных градуировок  50 М, 100 М, 50 П, 100 П);

д) НСХ датчиков температуры (термопар стандартных градуировок ХК, ХА, ПП, ПР).

 Примеры НСХ датчиков с унифицированными выходными сигналами:

а) НСХ датчика давления с диапазоном измерения 0-5000 кПа с выходным унифицированным токовым сигналом 0-5 мА;

б) НСХ датчика давления с диапазоном измерения 0-5000 кПа с выходным унифицированным токовым  сигналом 4-20 мА;

в) НСХ датчика расхода с диапазоном измерения 0-400 м³/ч с выходным унифицированным токовым  сигналом 0-20 мА;

г) НСХ датчика давления с диапазоном измерения 0-5000 кПа с выходным унифицированным  сигналом напряжения постоянного тока 0-1 В;

д) НСХ датчика расхода с диапазоном измерения 0-400 м³/ч  с выходным унифицированным  сигналом напряжения постоянного тока 0-10 В.

3.2. Современные программируемые микроконтроллеры имеют обычно по нескольку входов для подключения различных датчиков.

  Входной интерфейс программируемого контроллера «ПРОТАР»:

Применительно к микроконтроллеру «ПРОТАР» можно сделать следующие выводы:

а) прямое подключение на входы a, b, c, d  возможно для любых датчиков с выходными унифицированными  сигналами напряжения постоянного тока 0-2 В;

б) прямое подключение к входу е возможно для  датчиков с выходными унифицированными сигналами напряжения постоянного тока 0-10 В;

 в) прямое подключение к входу h возможно для  датчиков с выходными унифицированными сигналами напряжения постоянного тока  0-1 В.

Примечание: датчики с другими выходными сигналами должны подключаться к микроконтроллеру «ПРОТАР» с использованием соответствующих согласующих схем.

Независимо от типа входа все входные сигналы xвградуировочныхуравнениях вида y=kx+b для микроконтроллера представляются как нормированные в диапазоне 0-100 %.

Примеры схем подключения датчиков с различными выходными сигналами к  микроконтроллеру «ПРОТАР»:

а) схема подключения датчика с унифицированными выходным токовым сигналом 0-5 мА;

б) четырехпроводная схема подключения термометра сопротивления;

в) схемы подключения термометра

Схемы подключения датчиков  технологических параметров к программируемым микроконтроллерам

А) Прямое подключение датчика:

U_вхПМК = U_выхД

Б) Подключение датчика через схему деления (СД):

U_вхПМК =(R2/R1+R2)* U_выхД

U_выхД  (R1+R2)<= R^доп

В) Подключение датчика через масштабируемый усилитель (МУ):

U_вхПМК = К_му*U_выхД

 

Г) Подключение датчика с токовым выходом (I_вых):

U_вхПМК = I_выхД*R

R= U_вхПМК/ I_{вых max Д}  R<= R^доп

Д) Подключение термопары (ТП):

U_вхПМК>=E_тп

Е) Подключение термометра сопротивления по 4-хпроводной схеме:

U_вхПМК = I_пит*R_тс

U_вхПМК = I_пит*R_{тс max}

I_пит<= I_{пит доп}

Программирование микроконтроллеров

После правильного подключения  датчика к программируемому контроллеру для построения контрольно-измерительного прибора необходимо рассчитать, а затем запрограммировать градуировочное уравнение реализуемого прибора.