Реферат
на тему:
Державна система промислових приладів і засобів автоматизації (ДСП)
План
1. Основні принципи та етапи створення ДСП
2. Уніфіковані сигнали ДСП
3. Класифікація виробів ДСП
4. Системи дистанційної передачі сигналів вимірювальної інформації та
первинні вимірювальні перетворювачі
5. Електросилові перетворювачі
6. Пневмосилові перетворювачі
7. Електропневматичні перетворювачі
8. Пневмоелектричні перетворювачі
9. Нормувальні перетворювачі
1. Основні принципи та етапи створення ДСП
Широкий розвиток багатогалузевого народного господарства та необхідність
автоматичного контролю і управління технологічними процесами з
урахуванням специфіки умов експлуатації обумовило в середині XX століття
розробку і випуск великої кількості технічних засобів контролю та
автоматизації. Тому наприкінці 50-х років з метою забезпечення
промисловості засобами автоматизації розпочалися роботи з упорядкування
та уніфікації засобів контролю та автоматизації. Ці роботи і стали
методологічною основою розробки ДСП.
ДСП побудована на системотехнічних принципах створення універсальних
технічних засобів автоматизації. їх можна сформулювати так:
• поділ приладів і засобів автоматизації за функціональним принципом на
основні типи;
• мінімізація номенклатури з урахуванням повного задоволення потреб
промисловості шляхом створення параметричних рядів, уніфікованих систем
і агрегатованих комплексів приладів та засобів автоматизації;
• агрегатована побудова складних пристроїв на базі типових уніфікованих
елементів блоків і модулів;
• сумісність приладів і засобів автоматизації ДСП у роботі автоматичних
систем контролю та управління.
Розробка методологічних основ побудови ДСП у 50-х роках була першим
етапом її створення. Початок реалізації ДСП збігся з розвитком і
практичним використанням агрегатної уніфікованої системи (АУС),
побудованої з блоків та модулів пневмоавтоматики. Подальше вдосконалення
пневмоавтоматики пов’язане з розробкою малогабаритної агрегатної
уніфікованої системи (МАУС), яка набула широкого застосування під час
автоматизації хімічної, нафтохімічної та харчової промисловостей.
100 кПа.
5 mА.
Були створені перші ряди уніфікованих первинних перетворювачів із
силовою компенсацією і стандартними пневматичними та електричними
сигналами, які дозволили розпочати серійний випуск засобів автоматизації
і на їхній базі перейти до вирішення завдань комплексної автоматизації
основних галузей народного господарства. Цей період розвитку і
впровадження систем автоматизації пов’язаний з другим етапом розвитку
ДСП.
Третій етап розвитку ДСП відноситься до початку 70-х років і збігається
з широким розвитком автоматизованих систем управління технологічними
процесами (АСУТП). Впровадження АСУТП обумовлене з постановкою нових
завдань і підходів до автоматизації виробництва. Прискореними темпами
розвивається виробництво керуючих обчислювальних машин і комплексів
пристроїв зв’язку з об’єктами та засобів централізованої обробки
вимірювальної інформації.
Одночасно зі створенням нових комплексів технічних засобів були
розроблені державні та галузеві стандарти, які закріпили принципи
уніфікації і умови поєднання розроблюваних і виготовлюваних засобів, а
також гарантували і визначали функціональну, інформаційну,
конструктивну, енергетичну і метрологічну сумісність засобів ДСП в
автоматичних системах контролю, керування та управління.
Таким чином, ДСП — це сукупність уніфікованих та нормалізованих рядів
блоків, приладів і засобів для одержання, опрацювання та використання
інформації, які відповідають єдиним технічним і метрологічним вимогам і
мають уніфіковані параметри вхідних і вихідних сигналів, нормалізовані
габарити, приєднуючі розміри, а також економічно обґрунтовану точність,
надійність, довговічність та естетичність.
Засоби ДСП виготовляються на основі базових конструкцій з уніфікованими
конструкціями, конструктивними параметрами, сигналами і елементами,
забезпечуючи максимально можливий рівень уніфікації і стандартизації.
Нині у межах ДСП випускається понад 2000 типів промислових приладів та
засобів автоматизації, які задовольняють потреби народного господарства
у засобах автоматизації й у розробці на їх основі необхідних систем
автоматичного контролю, керування та управління.
Головна мета створення ДСП — розробка такої системи приладів і засобів
автоматизації, яка б у короткий термін задовольнила потреби народного
господарства у засобах автоматизації і приладах, забезпечила високу
економічну ефективність народного господарства в цілому.
2. Уніфіковані сигнали ДСП
Уніфікація сигналів вимірювальної інформації забезпечує гарантований
зв’язок між засобами контролю і керування, передачу і обмін інформацією,
а також дистанційний зв’язок між пристроями автоматики. На рис. 1 подана
класифікація основних уніфікованих інформаційних сигналів ДСП.
8 кГц) сигнали. Вони використовуються як для передачі інформації від
первинних перетворювачів до засобів контролю і керування, а від них до
виконуючих механізмів, так і для обміну інформацією між окремими
функціонально пов’язаними пристроями системи керування.
Меншою мірою використовуються уніфіковані інформаційні сигнали змінної
напруги та частотні. Частотні сигнали в основному застосовуються у
телемеханічних системах та спеціалізованих технічних комплексах.
Рис. 1. Класифікація уніфікованих інформаційних сигналів ДСП
3. Класифікація виробів ДСП
Описати систему ДСП не просто. Це надто складна структура, що об’єднує
цілу низку гілок системи: електричну, пневматичну, гідравлічну,
комбіновану, а кожна із гілок, у свою чергу, має складну функціональну
структуру. Проте найважливіше значення для розуміння всієї системи має
функціональна структура. За функціональним призначенням вироби ДСП
поділяються на чотири основні групи (рис. 2).
До першої групи відносяться первинні вимірювальні перетворювачі
(датчики), вимірювальні прилади та вироби, які разом з нормуючими
засобами, утворюють групу засобів для одержання вимірювальної
інформації. Засоби цієї групи призначені для перетворення вимірюваної
величини (параметра) на зручний для сприйняття, передачі й опрацювання
сигнал вимірювальної інформації. За принципом дії вироби цієї групи
можуть бути різними. Характерною особливістю їх є те, що вони
встановлюються безпосередньо на об’єкті і взаємодіють з контрольованим
середовищем.
Рис..2. Класифікація виробів ДСП за ГОСТом 12997—76
До другої групи відносяться різні перетворювачі сигналів і кодів,
комутатори сигналів, шифратори і дешифратори, системи дистанційної
передачі сигналів вимірювальної інформації та ін.
До третьої групи належать технічні засоби для опрацювання та
відображення вимірювальної інформації і формування управляючих дій,
рішень, порад: аналізатори сигналів, логічні пристрої, операційні
перетворювачі, засоби вимірювання, обчислювальні машини, запам’ятовуючі
пристрої та ін. У функціональному відношенні ці засоби найскладніші,
оскільки вони реалізують алгоритми автоматичного керування та управління
від найпростіших задач стабілізації окремих параметрів до автоматизації
підприємств.
Четверту групу становлять вироби електричних пневматичних та
гідравлічних виконуючих механізмів, підсилювачі потужності тощо. Вироби
цієї групи взаємодіють з об’єктом через регулюючі органи.
Залежно від використовуваної зовнішньої енергії вироби ДСП
класифікуються як електрична, пневматична та гідравлічна гілки і гілка
без використання зовнішньої енергії.
10 В.
100 кПа.
Засоби пневмоавтоматики і вторинні прилади широко використовуються у
хімічній, нафтопереробній, газовій, харчовій та інших галузях
промисловості.
Промисловістю випускається широка номенклатура пневматичних датчиків,
перетворювачів, регуляторів, приладів контролю та реєстрації, що дає
змогу на їх базі розробити системи автоматичного контролю та керування
будь-якими складними технологічними процесами.
Гідравлічна гілка ДСП — це прилади і засоби автоматизації, у яких
джерелом зовнішньої енергії є стиснута рідина, а носієм інформації —
гідравлічні сигнали. Робоча рідина (турбінне і трансформаторне мастила
та вода), що є енергоносієм, перебуває під тиском від 0,16 до 6,4 МПа.
Засоби гідравлічної гілки ДСП забезпечують точні переміщення виконуючих
механізмів при великих зусиллях. Ця гілка засобів менше поширена у
промисловості.
Комбінована гілка ДСП — низка приладів і засобів автоматизації різних
гілок ДСП, об’єднаних за допомогою перетворювачів, на базі яких
розроблені системи автоматизації з урахуванням конкретних умов роботи та
виробництва: висока вологість, вибухонебезпечність, пожежонебезпечність,
інерційність та ін. Найчастіше використовуються пневматичні датчики з
електричними приладами та ЕОМ за допомогою пневмоелектричних та
електропневматичних перетворювачів.
Гілка приладів і засобів ДСП, які працюють без стороннього джерела
енергії, а за рахунок енергії середовища, параметри якого вимірюються та
регулюються. Наприклад, регулювання рівнями температури, тиску та ін.
Крім того вироби ДСП класифікуються за метрологічними властивостями
стійкості до механічних дій та захищеності від зовнішнього середовища.
Класифікація виробів ДСП наведена відповідно до стандартів ДСП, до
складу яких входять понад 140 державних і 52 галузевих. Стандарти
ґрунтуються на загальній методології і складені за принципами
ієрархічної підпорядкованості стандартів нижчих рівнів вищим.
4. Системи дистанційної передачі сигналів вимірювальної інформації та
первинні вимірювальні перетворювачі
Первинні вимірювальні перетворювачі вимірювану величину перетворюють у
сигнал вимірювальної інформації, що дає можливість передати його на
певну відстань і за місцем призначення відтворити вимірювальну величину
у формі, прийнятній для спостерігача або ж ввести у відповідний засіб
вимірювання. Вимірювання, перетворення, передача і відповідне зображення
вимірюваної величини проходить за схемою, зображеною на рис. 3.
Рис. 3. Схема дистанційної передачі сигналів вимірювальної інформації
Первинний перетворювач перетворює вимірювану величину об’єкта
(температуру, тиск, рівень, переміщення, зусилля та ін.) у сигнал
вимірювальної інформації (електричний, пневматичний, оптичний тощо),
який лініями зв’язку передається до вторинного приладу, перетворювача,
ЕОМ тощо.
Комплекс технічних засобів у складі первинного перетворювача, лінії
зв’язку та засобу відтворення вимірюваної величини називається системою
дистанційної передачі сигналів вимірювальної інформації.
Таким чином, вимірювана величина перетворюється в сигнал певної фізичної
природи, який передається лінією зв’язку до вторинного приладу, де знову
сигнал перетворюється у вимірювану величину, що набуває форми,
прийнятної для спостерігача.
Сигналом називається фізичний процес, властивості якого визначаються
взаємодією між матеріальним об’єктом та засобом вимірювання. За своєю
природою сигнали можуть бути: електричними, пневматичними, механічними
тощо.
Сигналом вимірювальної інформації називається сигнал, який представляє
вимірювальну інформацію на виході засобу вимірювань, тобто на виході
первинного перетворювача. У процесі вимірювання, передачі та відтворення
доводиться мати справу не з вимірюваною величною, а з сигналом
вимірювальної інформації.
Первинним вимірювальним перетворювачем, або сенсором, називається
перетворювач, який першим взаємодіє з об’єктом вимірювання і видає
сигнал вимірювальної інформації.
Системи дистанційної передачі сигналів вимірювальної інформації
розподіляються на дві великі групи з сигналами уніфікованими,
приведеними до виду і рівня, такими що відповідають вимогам ДСП, і
неуніфікованими, які не приведені й не відповідають стандарту.
Найперспективнішими є перетворювачі з уніфікованими вихідними сигналами.
До систем дистанційних передач сигналів вимірювальної інформації
пред’являються такі вимоги: точність передачі; достовірність і
надійність передачі; перешкодозахищеність; дистанційність передачі;
мінімальна інерційність; стабільність сигналів, незалежність від джерела
живлення; економічність системи дистанційної передачі.
Задовольнити усі наведені вимоги у повному обсязі за допомогою однієї
дистанційної системи передачі досить складно, проте у своїй більшості
системи відповідають цим вимогам.
Типи перетворювачів дистанційних передач обираються залежно від об’єкта
і виду вимірюваної фізичної величини, яка перетворюється в сигнал, що
передається лінією зв’язку (струм, напруга, частота, стиснуте повітря
тощо). Для перетворення лінійного переміщення в уніфікований сигнал
найчастіше використовуються диференціально-трансформаторні та струмові
перетворювачі: перетворювачі кутового переміщення — феродинамічні,
сельсинні та частотні; перетворення зусиль — електросилові та
пневмосилові компенсуючі перетворювачі.
Диференціально-трансформаторна система дистанційної передачі сигналів
вимірювальної інформації
Принцип дії диференціально-трансформаторної системи (ДТС) ґрунтується на
компенсації електрорушійних сил (ЕРС) первинного вимірювального
перетворювача і вторинного приладу (ВП).
До складу ДТС (рис. 4) входять два однакових
диференціально-трансформаторні перетворювачі (ДТП1 і ДТП2), розміщені
відповідно у датчику та вторинному приладі. Перетворювачі мають первинну
і вторинну обмотки. Первинні обмотки намотані по всій довжині катушки
перетворювача, а вторинні розділені на дві секції, кожна з яких
розміщена на відповідній половині первинної обмотки. Всередині кожного
перетворювача знаходяться металеві осердя 1 і 5, які переміщуються
відповідно чутливим елементом датчика і лекалом ВП. Первинні обмотки
системи ввімкнені послідовно і живляться змінним струмом від
електронного підсилювача 2. Вторинні обмотки системи увімкнені зустрічно
й під’єднані до підсилювача 2 вторинного приладу.
Якщо осердя перетворювачів перебувають у середньому положенні, то
різницева електрорушійна сила вторинних обмоток обох перетворювачів
дорівнюватиме нулю, оскільки у зустрічно ввімкнених секціях наведені ЕРС
рівні між собою:
е1=е2; E1=0; е3 = е4; Е2 = 0. (1)
Сигнал небалансу при цьому також дорівнюватиме нулю:
?Е = Е1-Е2, (2)
Рис. 4. Диференційно-трансформаторна система дистанційної передачі
сигналів вимірювальної інформації
”
f
”
d
f
?
o
o
u
„
?
?
%f
c
¤
u
j
від середнього положення під дією мембранного чутливого елемента (ЧЕ)
наведені ЕРС у секціях ДТП1 змінюються, оскільки змінюється величина
взаємоіндукції. Рівність різницевих ЕРС у перетворювачах системи
порушується, і на вхід електронного підсилювача 2 надходить сигнал
небалансу:
?E = Е1 – Е2 ? 0. (3)
Сигнал небалансу підсилюється фазочутливим підсилювачем 2 і на керуючу
обмотку реверсивного двигуна РД подається напруга змінного струму з
частотою 50 Гц. На обмотку збудження РД надходить змінна напруга від
мережі частотою 50 Гц зі зсувом по фазі на 90 градусів за рахунок
конденсатора С2. Обертове магнітне поле приводить в обертовий рух ротор
РД, який через редуктор поверне кулачок і перемістить осердя 5 ДТП2
вторинного приладу в аналогічне положення плунжера ДТП1 і стрілку 4 у
нове положення. При цьому індуковані ЕРС стануть рівними за величиною,
взаємокомпенсовуватимуть одна одну, а сигнал небалансу дорівнюватиме
нулю.
Обертове магнітне поле реверсивного двигуна зникає, тому що змінюється
частота струму керуючої обмотки на 100 Гц, двигун зупиняється,а стрілка
4 ВП зупиниться на новому значенні вимірюваної величини.
Напрямок обертання РД залежить від фази вхідного сигналу ?Е, а фаза —
від напрямку переміщення осердя датчика від зрівноваженого стану
системи.
Основна похибка диференціально-трансформаторної передачі дорівнює 1 %
при відстані між первинним перетворювачем і вторинним приладом до 1 км.
ДТС — проста, надійна й точна система, однак вона обмежена підключенням
лише одного ВП та її використанням у керуючих ЕОМ. Проте останнім часом
Івано-Франківський завод випускає дифманометри типу ДМТ зі струмовим
перетворювачем (0…5 мА). ДТС працюють із вторинними приладами серії:
КВД; КПД; КСД; РП = 160 та ін.
Сельсинна система дистанційної передачі сигналів вимірювальної
інформації
Сельсинна система дистанційної передачі (рис. 5) складається з двох
аналогічних синхронних електромашин, одна з яких сельсин-датчик СД —
з’єднана з валом машини, а друга сельсин-приймач СП — зі стрілкою
приладу. Статорні однофазні обмотки СД та СП живляться напругою змінного
струму і в обох машинах утворюють пульсуючі магнітні потоки з частотою
50 Гц. Трифазні роторні обмотки обох сельсинів з’єднані між собою
лініями зв’язку.
?2) у роторних фазних обмотках 1 і 11; 2 і 21; 3 і 31 наводяться
однакові ЕРС. Різницеві ЕРС у відповідних парах роторних обмоток
дорівнюють нулю і струми між цими парами також дорівнюють нулю:
і1 = і2 = і3 = 0 (4)
Рис. 5. Сельсинна система дистанційної передачі сигналів вимірювальної
інформації
Якщо ж зміниться положення ротора сельсин-датчика на кут 9, то у
відповідних фазних роторних обмотках СД і СП наведені ЕРС будуть
різними, оскільки роторні обмотки займають різні положення відносно
статорних обмоток.
При виникненні різницевої ЕРС між відповідними обмотками роторів СД і СП
з’являтимуться зрівноважувальні струми і1, і2, і3, що сприятиме
наведенню електромагнітних полів в їхніх обмотках. У результаті
взаємодії електромагнітних полів обмоток ротора та пульсуючого
магнітного поля статора СП ротор сельсин-приймача повернеться на кут 0.
За однакового положення роторів СД і СП зникають зрівноважувальні
струми, електромагнітні поля роторних обмоток і ротор СП зупиняється. За
стрілкою й шкалою проводиться відлік вимірюваної величини.
Якщо ротор СД повертається зусиллям валу машини Моб, то ротор СП
повертається синхронно із ротором СД за рахунок взаємодії магнітних
полів.
Омічні передачі у вимірювальній техніці також набули значного поширення.
Первинними перетворювачами (датчиками) омічної системи можуть бути
резисторні перетворювачі різних конструкцій: змінний резистор,
тензоперетворювачі, термометри опору та ін. Залежно від зміни
вимірюваної величини змінюється електричний опір резисторного
перетворювача, для вимірювання якого використовують різні вторинні
прилади: мілівольтметри, міліамперметри, логометри, автоматичні мости і
потенціометри.
Феродинамічна система дистанційної передачі сигналів вимірювальної
інформації
?2 на вході електронного підсилювача відсутній сигнал небалансу:
?Е = Е1-Е2=0. (5)
Рис. 6. Феродинамічна система дистанційної передачі сигналів
вимірювальної інформації
?2 , різними також будуть індуковані в них ЕРС: Е1 ? Е2. Сигнал
небалансу ?Е подається на вхід електронного підсилювача ЕП, підсилюється
і приводить у рух реверсивний двигун РД. Останній повертає рамку ПФ2 до
наступного зрівноважувального стану. Стрілка на шкалі ВП приладу покаже
нове значення вимірюваного параметра. Клас точності передачі становить
1. Як вторинні використовують показуючі прилади типу ВФП і КВД та
самописні ВФС і КСД.
5. Електросилові перетворювачі
Електросилові перетворювачі призначені для перетворення зусиль чутливих
елементів в уніфікований сигнал постійного струму (0…5 мА) із
подальшою передачею його на відстань до 1 км.
Принцип дії перетворювача (рис. 7) ґрунтується на методі силової
компенсації зусилля чутливого елемента Рче, який перебуває під дією
вимірюваної величини А, зусиллям зворотного зв’язку Рзз перетворювача.
Вимірюваний параметр діє на чутливий елемент 10 (наприклад, мембрану,
трубчасту пружину) і перетворюється у пропорціональ-не зусилля Рче, яке
передається на Т-подібний важіль 1.
Рис. 7. Принципова схема електросилового перетворювача
Важіль 1 через рухому опору 2 діє на важіль 4, який переміщує металеву
пластинку 5 індикатора непогодження 6 диференціально-трансформаторної
системи. Сигнал індикатора залежить від переміщення пластини 5 і
подається на підсилювач 7, який перетворює його в уніфіковані струмові
сигнали 0…5 мА; 0…20 мА; 4…20 мА. Вихідний струмовий сигнал
проходить через обмотку 8 магнітної системи зворотного зв’язку 9, де
формується компенсуюче зусилля зворотного зв’язку Рзз, і подається на
вторинний прилад ВП.
На заданий діапазон вимірювання перетворювач настроюється за допомогою
рухомої опори 3, змінюючи тим самим коефіцієнт підсилення. Настроювання
нуля перетворювача здійснюється пружиною 2. У зрівноваженому стані
системи у точці дотику опори 2 з важелем 1 зрівноважуються зусилля
чутливого елемента та пристрою зворотного зв’язку. Класи точності
електросилових перетворювачів — 0,6; 1,0.
Електросилові перетворювачі мають високу точність, широкий діапазон
настроювання, проте на їх роботу негативно впливають вібрації. Як
вторинні прилади використовують мілівольтметри та автоматичні
потенціометри.
6. Пневмосилові перетворювачі
Пневмосилові перетворювачі з уніфікованим сигналом 20—100 кПа поширені у
пневматичних системах вимірювання та регулювання. За основу їхньої
роботи покладено метод силової компенсації зусиль чутливого елемента
зусиллям зворотного зв’язку перетворювача.
Принципова схема перетворювача наведена на рис. 8. Вимірювана величина
А, діючи на чутливий елемент 9, перетворюється на пропорціональне
зусилля Рче, яке повертає Т-подібний важіль 1 із жорстко закріпленою до
нього заслінкою 5. При переміщенні останньої відносно нерухомого сопла 4
змінюється зазор між ними і відповідним чином змінюється вихідний тиск
пневмопідсилювача 6 — від 20 до 100 кПа. Вихідний сигнал перетворювача
подається через пневмолінію на вторинний прилад ВП і на сильфон
зворотного зв’язку 8. Зусилля Fзз через важіль 7 і рухому опору 3
зрівноважує зусилля чутливого елемента Fче.
Настроювання діапазону вимірювання здійснюється за допомогою рухомої
опори 3, а настроювання пневматичного нуля (20 кПа) — пружини 2. Класи
точності перетворювачів — 0,6; 1,0. Як вторинні прилади використовуються
пневматичні показуючі та самописні прилади типу ППВ, ПКП, ПВ, РПВ та ін.
Рис. 8. Принципова схема пневмосилевого перетворювача
7. Електропневматичні перетворювачі
Електропневматичні перетворювачі (рис. 9) перетворюють аналоговий сигнал
струму (0…5 мА) в уніфікований пропорційний пневматичний аналоговий
сигнал (20… 100 кПа). Принцип роботи ґрунтується на пневмосиловій
компенсації змінного струмового вхідного сигналу. При проходженні
вхідного струму Івх через котушку 2 електромагніта 1 виникає тягове
зусилля Р1 яке переміщує важіль 5. При цьому змінюється відстань ? між
заслінкою 3 і соплом 4, що викликає зміну тиску в лінії сопла, який
надходить на пневмопідсилювач 9. Одночасно зі зміною пневматичного
сигналу на виході підсилювача тиск подається на сильфон зворотного
негативного зв’язку 6. Зусилля сильфона Рзз спрямоване зустрічно
тяговому зусиллю Р1 електромагніта 1. Тиск на виході змінюватиметься до
повного урівноваження моментів обох зусиль Р1?АО=Рзз?ВС, а вихідний
пневмосигнал стане пропорційним вхідному струмовому сигналові. Пружина 8
призначена для гасіння автоколивань важільної системи перетворювача, а
зі зміщенням її на важелі 5 змінюється коефіцієнт пропорційності.
Пружиною 7 встановлюється початок діапазону перетворення (20 кПа) при
початковому значенні вхідного струмового сигналу, що дорівнює 0.
Промислові електропневмоперетворювачі типу ЕПП мають класи точності:
0,6; 1,0.
Рис. 9. Принципова схема електропневматичного перетворювача
8. Пневмоелектричні перетворювачі
Пневмоелектричні перетворювачі (рис. 10 ) перетворюють уніфікований
пневматичний сигнал (20—100 кПа) у пропорійний аналоговий сигнал
постійного струму (0…5 мА). Принцип їх роботи ґрунтується на
електросиловій компенсації змінного пневматичного вхідного сигналу. При
зміні вхідного тиску Рвх, який підводиться до трубчастої пружини 1,
вільний її кінець переміщується і завдяки пружині 6 переміщує важіль 3
із зусиллям Р1.
Рис. 10. Принципова схема пневмосилового перетворювача
На протилежному кінці важіля 3 розташована алюмінієва пластина 4,за
допомогою якої змінюється частота коливального контура LC перетворювача.
Електронний підсилювач 5 перетворює зміну частоти у струмовий вихідний
сигнал Івих, який, проходячи через котушку 6 електромагніта 7 зворотного
негативного зв’язку, утворює зусилля зворотного зв’язку Рзз. При
зрівноваженні механічного й електричного моментів Р1 АО = Рзз ВО на
виході перетворювача формується вихідний струмовий сигнал, пропорційний
вхідному пневматичному сигналові. При цьому механічне зусилля Р1
трубчастої пружини зрівноважується зусиллям Р2 електромагніта зворотного
зв’язку. Пружиною 2 встановлюється початок діапазону перетворень
вхідного тиску, що дорівнює 20 кПа. Пневмоелектроперетворювачі типу ПЕ
випускаються з такими класами точності: 0,6 і 1,0.
Крім наведених перетворювачів сигналів, йде промислове освоєння випуску
нових перетворювачів, що базуються на нових принципах і методах
вимірювання та мають вищі класи точності.
9. Нормувальні перетворювачі
Для перетворення вихідних сигналів первинних перетворювачів
(термоелектричних, терморезисторних та інших датчиків) в уніфікований
сигнал використовуються нормувальні перетворювачі. Особливої
актуальності такі датчики набувають у системах автоматичного контролю та
керування — АСУТП та ІВС, оскільки мікропроцесорні системи в основному
працюють з уніфікованими сигналами 0…5 і 4…20мА.
А. Нормувальні перетворювачі для роботи з термоелектричними термометрами
Для перетворення термоЕРС термоелектричних термометрів в уніфіковані
сигнали постійного струму типу 0…5; 0…20; 4…20 мА використовуються
нормувальні перетворювачі. Промисловість України випускає перетворювачі
таких типів: Ш78; П282; Ш705 з класами точності 0,4; 0,5; 1,0 та
навантажувальними вихідними опорами 10; 2,5; 1; 0,5 кОм.
Принцип дії нормувальних перетворювачів (рис. 11) ґрунтується на
статичній автокомпенсації. Сигнал E(t;to) від термоелектричного
термометра подається на вимірювальний міст постійного струму і далі — на
вхід підсилювача ЕПП. Вимірювальний міст складається з манганінових
резисторів R1, R2, R3 і мідного резистора RМ, за допомогою якого
вводиться термокомпенсація вільних кінців термоелектричного термометра.
Резистор RМ розміщується поряд з вільними кінцями термометра. ТермоЕРС
термоелектричного термометра за допомогою моста постійного струму
коригується шляхом зміни падіння напруги вимірювальної діагоналі (с—d)
за рахунок мідного резистора RМ. Загальний сигнал термоелектричного
термометра і вимірювальної діагоналі компенсуючого моста дорівнює
E(t;to)+Ucd.
Рис. 11. Принципова схема нормувального перетворювача для роботи з
термоелектричним термометром
Електронний підсилювач ЕПП виконаний за схемою модулятор-демодулятор.
Демодульований сигнал підсилюється електронним підсилювачем постійного
струму, вихідний струм Івих якого, проходячи через навантажувальний
резистор RМ подається на пристрій зворотного зв’язку ПЗЗ. Струм
зворотного зв’язку І33, проходячи через резистор Rзз зворотного зв’язку,
створює падіння напруги Uзз на ньому, яке компенсує загальний сигнал
термоелектричного термометра:
Ucd = Uзз. (9.6.)
Нескомпенсований сигнал ?U = U33 – E(t; t0) – Ucd підсилюється
підсилювачем ЕП, що спричиняє зміну вихідного струму Івих, струму
зворотного зв’язку Ізз, зміни компенсуючої напруги Uзз і зрештою
рівноваги сигналів схеми.
Б. Нормувальні перетворювачі для роботи з терморе-зисторними
перетворювачами
Для лінійного перетворення пасивного сигналу-опору термометра Rt в
уніфікований сигнал постійного струму 0…5 і 4…20 мА призначені
нормувальні перетворювачі типів Ш79; ІІ282 і Ш703 з класами точності
0,4; 0,5; 1,0 і навантажувальними опорами 2,5; 1; 0,5 кОм.
Принцип дії нормувальних перетворювачів ґрунтується на статичній
автокомпенсації. До складу перетворювача (рис. 12) входять такі основні
вузли: вимірювальний міст ВМ постійного струму з джерелом
стабілізованого живлення ДСЖ, електронний підсилювач ЕПП, пристрій
від’ємного зворотного зв’язку ПЗЗ та навантажувальний опір Rн і опір
зворотного зв’язку Rзз.
Рис. 12. Принципова схема нормувального перетворювача для роботи з
терморезисторним термометром
Вимірювальний міст ВМ складається із чотирьох манганінових резисторів
R1, R2, R3, R4, термометра опору Rt та двох резисторів ліній зв’язку Rл.
У діагональ живлення а—b моста увімкнено джерело живлення постійного
струму, а вимірювальна діагональ с—d під’єднана до електронного
підсилювача ЕПП.
Електронний підсилювач ЕПП зібраний за схемою модулятор-демодулятор.
Модульований сигнал підсилюється електронним підсилювачем, вихідний
струм Івих якого проходячи через резистор Rзз подається на пристрій
зворотного зв’язку ПЗЗ. Струм Ізз проходячи через резистор зворотного
зв’язку Rзз спричиняє на ньому падіння напруги Uзз, яке компенсує
падіння напруги Ucd вимірювальної діагоналі вимірювального моста ВМ:
Ucd = Uзз. (9.7)
Початковому опорові Rt у вимірювальній діагоналі с—d відповідає сигнал,
рівний нулю Ucd = 0 і вихідний струм Івих = 0. З підвищенням температури
в об’єкті вимірювання збільшується опір Rt падіння напруги у
вимірювальній діагоналі с—d і пропорційно зростає вихідний струм Iвих
нормувального перетворювача.
Крім наведених нормувальних перетворювачів останнім часом з’явилося
багато нових перетворювачів температури, тиску, перепаду тиску та інших
величин з уніфікованими сигналами постійного струму, які випускаються як
державними, так і малими спеціалізованими підприємствами.
Список використаної літератури
В.Д.Цюцюра, С.В.Цюцюра. Метрологія та основи вимірювань. Навч. посібн.,
К., “Знання -Прес”, 2003
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
