В промышленности применяется огромное разнообразие первичных датчиков физических величин, каждый из которых имеет свой выходной сигнал.
Чтобы избежать такого же разнообразия вторичных измерительных и регулирующих приборов, датчики оснащаются нормирующими преобразователями.
Задача нормирующих преобразователей состоит в том, чтобы преобразовать различные сигналы первичных преобразователей (термопар, термопреобразователей сопротивления, влажности, давления, веса, рН и проч.) в унифицированные сигналы постоянного тока или напряжения.
В целом унифицированные сигналы применяются для связи не только датчиков, но и любых других устройств промышленной автоматики.
Среди стандартных сигналов наиболее удобным и популярным является токовый сигнал 4-20 мА. Причины этого в следующем.
Сигналы первичных преобразователей, как правило, очень малы. Например, сигналы термопар обычно меньше 50 мВ.
В промышленных условиях сильные электромагнитные помехи могут создавать паразитные сигналы, в сотни и тысячи раз превышающие полезные.
Сильные токовые сигналы уровня 4-20 мА работают в низкоомных цепях, которые меньше подвержены такому влиянию. Для передачи токовых сигналов можно использовать соединительные провода, более дешевые по сравнению, например, с компенсационными. Требования к величине их сопротивления также могут быть снижены.
При работе с токовым сигналом 4-20 мА легко обнаружить обрыв линии связи – ток будет равен нулю (т.е. выходить за пределы диапазона).Обрыв в цепи с сигналом 0 5 мА обнаружить нельзя, так как ток, равный нулю, считается допустимым.
высокоомный резистор.Для обнаружения обрыва в цепях с унифицированными сигналами напряжения (0 1В или 0 10В) приходится применять специальные схемотехнические решения, на пример, «подтяжку» более высоким напряжением через высокоомный резистор.
Поясним сказанное.
Нормирующий преобразователь, который формирует токовый сигнал 4 20 мА, является так называемым генератором тока – источником стабильного тока с очень большим выходным сопротивлением: r>>Rш, Rпр, где r – дифференциальное выходное сопротивления нормирующего преобразователя, Rш, Rпр – соответственно сопротивления шунта в измерительном приборе и соединительных проводов.
НПФ КонтрАвт выпускает ряд модификаций измерительных регуляторов, рассчитанных на работу со стандартизированными сигналами тока и напряжения.
Следует учитывать, что в этих приборах измеряемый ток должен втекать в прибор, а измеряемое напряжение должно быть положительным относительно общей точки.
В многоканальных приборах все входы имеют одну общую точку, поэтому неизолированы друг от друга. В регуляторах Т-424 при работе с токовыми сигналами используются внешние шунты, в регуляторах МЕТАКОН шунты встроены.
Поскольку величина тока I не зависит от сопротивления нагрузки, а V изм = I • Rш, то сопротивление проводов не влияет на результат измерения. Для оценки можно принять, что дополнительная относительная погрешность, связанная с влиянием сопротивления нагрузки (Rпр + Rш), равна
δ= (Rпр + Rш)/ (r + Rпр + Rш) (Rпр + Rш)/ r.
Для характерных значений r=1МОм, Rпр=500 Ом, Rш=50 Ом, имеем δ<0,06%.
С другой стороны, в такой высокоомной цепи источник электромагнитных помех Eэм не в состоянии создать сколько-нибудь заметное по сравнению с полезным сигналом Vизм напряжение на низкоомном шунте Rш.
Напряжение помехи, измеренное прибором, будет равно:
Vп = Eэм • (Rш / r).
При Eэм = 1 В, напряжение помехи будет составлять Vп = 50мкВ.
Полезный сигнал при I = 20 мА имеет величину 1В. Таким образом, отношение помехи к полезному сигналу имеет порядок 10 4, а величина (r/Rш) показывает степень подавления электромагнитных помех.
Нетрудно показать, что при работе с сигналами напряжения сигнал помехи Vп практически равен Eэм. Это демонстрирует преимущество токовых сигналов при работе в условиях сильных электромагнитных помех по сравнению с сигналами напряжения.
НПФ «КонтрАвт», г. Нижний Новгород,
Тел.: (831) 260-13-08
e-mail: sales@contravt.ru
