Tööstusautomaatika valdkonnas enim kasutatavad andurid, 4-20, 0-50 või 0-20 mA ühtse vooluväljundiga andurid võivad olla erinevaid skeemeühendused sekundaarsete seadmetega. Kaasaegsed madala energiatarbega andurid, mille voolutugevus on 4-20 mA, ühendatakse kõige sagedamini kahejuhtmelise vooluahela abil. See tähendab, et sellise anduriga on ühendatud ainult üks kahe südamikuga kaabel, mille kaudu see andur toidetakse, ja edastamine toimub nende samade kahe juhtme kaudu.

Tavaliselt on 4-20 mA väljundiga ja kahejuhtmelise ühendusahelaga anduritel passiivne väljund ja nende tööks on vaja välist toiteallikat. Selle toiteallika saab ehitada otse sekundaarsesse seadmesse (selle sisendisse) ja kui andur on sellise seadmega ühendatud, ilmub signaaliahelasse kohe vool. Seadmeid, millel on sisendisse sisse ehitatud anduri toiteallikas, nimetatakse aktiivse sisendiga seadmeteks.

Enamikul kaasaegsetel sekundaarsetel instrumentidel ja kontrolleritel on passiivsete väljunditega andurite käitamiseks sisseehitatud toiteallikad.

Kui sekundaarseadmel on passiivne sisend - tegelikult lihtsalt takisti, millest seadme mõõteahel “loeb” ahelas voolava vooluga võrdelist pingelangust, siis on anduri töötamiseks vaja veel ühte. Väline üksus Sel juhul on toiteallikas ühendatud anduri ja sekundaarse seadmega järjestikku avatud vooluahelas.

Sekundaarsed seadmed on tavaliselt projekteeritud ja toodetud nii, et need aktsepteeriksid nii kahejuhtmelisi 4-20 mA andureid kui ka 0-5, 0-20 või 4-20 mA andureid, mis on ühendatud kolme juhtmega ahelasse. Kahejuhtmelise anduri ühendamiseks sekundaarse seadme sisendiga, millel on kolm sisendklemmi (+U, sisend ja ühine), kasutatakse "+U" ja "sisend" klemme, "ühine" klemm jääb vabaks.

Kuna anduritel, nagu eespool mainitud, ei pruugi olla ainult 4-20 mA väljund, vaid näiteks 0-5 või 0-20 mA või neid ei saa nende suure energiatarbimise tõttu ühendada kahejuhtmelise vooluahela abil ( rohkem kui 3 mA), siis kasutatakse kolmejuhtmelist ühendusskeemi. Sel juhul eraldatakse anduri toiteahel ja väljundsignaali ahel. Kolmejuhtmelise ühendusega anduritel on tavaliselt aktiivne väljund. See tähendab, et kui rakendate aktiivse väljundiga andurile toitepinge ja ühendate selle väljundklemmide "väljund" ja "ühine" vahele koormustakisti, siis voolab väljundahelas mõõdetud parameetri väärtusega võrdeline vool. .

Sekundaarsetel seadmetel on tavaliselt üsna väikese võimsusega sisseehitatud toiteallikas andurite toiteks. Sisseehitatud toiteallikate maksimaalne väljundvool jääb tavaliselt vahemikku 22-50 mA, millest ei piisa alati suure voolutarbimisega andurite toiteks: elektromagnetilised vooluhulgamõõturid, infrapuna gaasianalüsaatorid jne. Sel juhul tuleb kolmejuhtmelise anduri toiteks kasutada välist võimsamat toiteallikat, mis tagab vajaliku toite. Sekundaarsesse seadmesse sisseehitatud toiteallikat ei kasutata.

Sarnast vooluringi kolmejuhtmeliste andurite ühendamiseks kasutatakse tavaliselt juhul, kui seadmesse sisseehitatud toiteallika pinge ei vasta sellele andurile tarnitavale toitepingele. Näiteks sisseehitatud toiteallika väljundpinge on 24 V ja andurit saab toita pingega 10 kuni 16 V.

Mõnel teisesel seadmel võib olla mitu sisendkanalit ja piisavalt võimas toiteallikas välised andurid. Tuleb meeles pidada, et kõigi sellise mitme kanaliga seadmega ühendatud andurite voolutarve peab olema väiksem kui nende toiteks mõeldud sisseehitatud toiteallika võimsus. Pealegi õppides tehnilised kirjeldused Seadme kasutamisel on vaja selgelt eristada sellesse sisseehitatud jõuallikate (allikate) otstarvet. Ühte sisseehitatud allikat kasutatakse sekundaarse seadme enda toiteks - kuvari ja indikaatorite, väljundreleede, seadme elektroonilise vooluringi jms juhtimiseks. Sellel toiteallikal võib olla üsna suur võimsus. Teist sisseehitatud allikat kasutatakse ainult sisendahelate toiteks - need, mis on ühendatud anduri sisenditega.

Enne anduri ühendamist sekundaarse seadmega peaksite hoolikalt uurima selle seadme kasutusjuhendit, määrama sisendite ja väljundite tüübid (aktiivne/passiivne), kontrollima anduri tarbitava võimsuse ja toiteallika võimsuse vastavust. (sisseehitatud või väline) ja alles siis loo ühendus. Andurite ja seadmete sisend- ja väljundklemmide tegelikud tähistused võivad erineda ülalnäidust. Nii et klemmid “In (+)” ja “In (-)” võivad olla tähistatud +J ja -J, +4-20 ja -4-20, +In ja -In jne. "+U power" terminali saab tähistada kui +V, Supply, +24V jne, terminali "Output" - Out, Sign, Jout, 4-20 mA jne, "ühise" terminali - GND, -24V, 0V jne, aga see tähendust ei muuda.

Neljajuhtmelise ühendusskeemiga vooluväljundiga anduritel on sarnane ühendusskeem nagu kahejuhtmelistel anduritel, ainsa erinevusega, et neljajuhtmelised andurid saavad toite eraldi juhtmepaari kaudu. Lisaks võivad neljajuhtmelistel anduritel olla mõlemad, millega tuleb ühendusskeemi valikul arvestada.

Diskreetsed andurid

See algoritm võimaldab vältida lööke vormi sulgemisel, vastasel juhul saab selle lihtsalt väikesteks tükkideks purustada. Samasugune kiiruse muutus toimub ka vormi avamisel. Siin ei piisa enam kahest kontaktandurist.

Rakendus analoog andurid

Joonis 2. Wheatstone'i sild

Analoogandurite ühendamine

Analooganduri väljundid

Kuid reeglina ühest andurist ei piisa. Mõned kõige populaarsemad mõõtmised on temperatuuri ja rõhu mõõtmine. Selliste punktide arv per kaasaegne tootmine võib ulatuda mitmekümne tuhandeni. Sellest lähtuvalt on ka andurite arv suur. Seetõttu on ühe kontrolleriga kõige sagedamini ühendatud korraga mitu analoogandurit. Muidugi mitte mitu tuhat korraga, on hea, kui kümmekond on erinevad. Selline ühendus on näidatud joonisel 7.

Joonis 7. Mitme analooganduri ühendamine kontrolleriga

See joonis näitab, kuidas saadakse voolusignaalist digitaalseks koodiks teisendamiseks sobiv pinge. Kui selliseid signaale on mitu, siis neid kõiki korraga ei töödelda, vaid on ajaliselt eraldatud ja multipleksitud, muidu tuleks igale kanalile eraldi ADC paigaldada.

Selleks on kontrolleril vooluahela lülitusahel. Funktsionaalne diagramm lüliti on näidatud joonisel 8.

Joonis 8. Analooganduri kanali lüliti (pilt klõpsatav)

Mõõtetakisti (UR1...URn) pingeks muudetud vooluahela signaalid suunatakse analooglüliti sisendisse. Juhtsignaalid lähevad vaheldumisi väljundisse üks võimendi poolt võimendatud signaalidest UR1...URn ja vaheldumisi saabuvad ADC sisendisse. Digitaalseks koodiks teisendatud pinge antakse kontrollerile.

Skeem on muidugi väga lihtsustatud, kuid selles on täiesti võimalik arvestada multipleksimise põhimõttega. Umbes nii on ehitatud MSTS-kontrollerite (mikroprotsessorisüsteem) analoogsignaalide sisestamise moodul tehnilisi vahendeid) toodetud Smolenski PC "Prolog" poolt.

Selliste kontrollerite tootmine on juba ammu lõpetatud, kuigi mõnes kohas, kaugel parimast, need kontrollerid endiselt teenivad. Neid muuseumieksponaate asendavad uute, enamasti imporditud (Hiina) mudelite kontrollerid.

Kui kontroller on paigaldatud metallkappi, on soovitatav ühendada varjestuspunutised kapi maanduspunktiga. Pikkus ühendusliinid võib ulatuda üle kahe kilomeetri, mis arvutatakse vastavate valemite abil. Me ei loe siin midagi, kuid uskuge mind, see on tõsi.

Uued andurid, uued kontrollerid

Uute kontrollerite tulekuga ilmusid ka uued analoogandurid, mis töötavad HART-protokolli (Highway Addressable Remote Transducer) abil, mis tõlkes tähendab "Kaugtee kaudu adresseeritud mõõtemuundurit".

Anduri (väliseadme) väljundsignaal on analoogvoolusignaal vahemikus 4...20 mA, millele on peale kantud sagedusmoduleeritud (FSK - Frequency Shift Keying) digitaalne sidesignaal.

Teadaolevalt on siinussignaali keskmine väärtus null, seetõttu ei mõjuta digitaalse info edastamine 4...20 mA anduri väljundvoolu. Seda režiimi kasutatakse andurite konfigureerimisel.

HART-i suhtlust teostatakse kahel viisil. Esimesel, standardsel juhul saavad kahejuhtmelise liini kaudu infot vahetada ainult kaks seadet, väljundsignaal aga 4...20 mA sõltub mõõdetud väärtusest. Seda režiimi kasutatakse väliseadmete (andurite) konfigureerimisel.

Teisel juhul saab kahejuhtmelise liini külge ühendada kuni 15 andurit, mille arv määratakse sideliini parameetrite ja toiteallika võimsusega. See on mitmepunktirežiim. Selles režiimis on igal anduril oma aadress vahemikus 1...15, mille kaudu juhtseade sellele ligi pääseb.

Andur aadressiga 0 on sideliinist lahti ühendatud. Andmevahetus anduri ja juhtseadme vahel mitmepunktirežiimis toimub ainult sagedussignaali abil. Anduri voolusignaal on fikseeritud vajalikul tasemel ja ei muutu.

Mitmepunktilise side puhul ei tähenda andmed mitte ainult jälgitava parameetri tegelikke mõõtmistulemusi, vaid ka tervet kogumit kõikvõimalikku teenindusinfot.

Esiteks on need andurite aadressid, juhtkäsud ja konfiguratsiooniparameetrid. Ja kogu see teave edastatakse kahejuhtmeliste sideliinide kaudu. Kas neist on võimalik ka lahti saada? Tõsi, seda tuleb teha ettevaatlikult, ainult juhtudel, kui traadita ühendus ei saa mõjutada kontrollitava protsessi ohutust.

Need tehnoloogiad on asendanud vana analoogvooluahela. Kuid see ei loobu oma positsioonist, seda kasutatakse kõikjal, kus vähegi võimalik.

Tehnoloogiliste protsesside automatiseerimisel mehhanismide ja sõlmede juhtimiseks tuleb tegeleda erinevate füüsikaliste suuruste mõõtmisega. See võib olla temperatuur, rõhk ja vedeliku või gaasi vool, pöörlemiskiirus, valguse intensiivsus, teave mehhanismide osade asukoha kohta ja palju muud. See teave saadakse andurite abil. Siin kõigepealt mehhanismide osade asukohast.

Diskreetsed andurid

Lihtsaim andur on tavaline mehaaniline kontakt: uks avatakse - kontakt avaneb, suletakse - sulgub. Sellist lihtsat andurit ja ka etteantud tööalgoritmi kasutatakse sageli valvesignalisatsioonid. Translatsioonilise liikumisega mehhanismi jaoks, millel on kaks asendit, näiteks veeklapp, vajate kahte kontakti: üks kontakt on suletud - klapp on suletud, teine ​​​​on suletud - see on suletud.

Keerulisemal translatsiooniliikumise algoritmil on mehhanism automaatse masina termoplastilise vormi sulgemiseks. Esialgu on vorm avatud, see on lähteasend. Selles asendis eemaldatakse valmistooted vormist. Järgmiseks sulgeb töötaja kaitsekatte ja vorm hakkab sulguma ning algab uus töötsükkel.

Vormi poolte vaheline kaugus on üsna suur. Seetõttu liigub vorm algul kiiresti ja teatud vahemaa tagant enne poolte sulgumist rakendub piirlüliti, liikumiskiirus väheneb oluliselt ja vorm sulgub sujuvalt.

Seega on kontaktipõhised andurid diskreetsed või binaarsed, neil on kaks asendit, suletud - avatud või 1 ja 0. Teisisõnu võime öelda, et sündmus on toimunud või mitte. Ülaltoodud näites "püüavad" kontaktid mitu punkti: liikumise algus, kiiruse vähenemise punkt, liikumise lõpp.

Geomeetrias pole punktil mõõtmeid, lihtsalt punkt ja kõik. See võib kas olla (paberil, liikumistrajektooril, nagu meie puhul) või seda lihtsalt ei eksisteeri. Seetõttu kasutatakse punktide tuvastamiseks diskreetseid andureid. Võib-olla pole siinkohal võrdlus punktiga väga kohane, sest praktilistel eesmärkidel kasutavad nad diskreetse anduri vastuse täpsust ja see täpsus on palju suurem kui geomeetriline punkt.

Kuid mehaaniline kontakt ise on ebausaldusväärne. Seetõttu asendatakse mehaanilised kontaktid võimaluse korral kontaktivabade anduritega. Lihtsaim variant on pilliroo lülitid: magnet läheneb, kontakt sulgub. Pilliroo lüliti täpsus jätab soovida selliseid andureid kasutada vaid uste asukoha määramiseks.

Erinevaid kontaktivabasid andureid tuleks pidada keerukamaks ja täpsemaks võimaluseks. Kui metalllipp sisenes pessa, käivitus andur. Selliste andurite näide on erinevate seeriate BVK (Contactless Limit Switch) andurid. Selliste andurite reageerimise täpsus (sõidudiferentsiaal) on 3 millimeetrit.

BVK seeria andur

Joonis 1. BVK seeria andur

BVK andurite toitepinge on 24V, koormusvool 200mA, mis on täiesti piisav vahereleede ühendamiseks edasiseks koordineerimiseks juhtahelaga. Täpselt nii kasutatakse BVK andureid erinevates seadmetes.

Lisaks BVK anduritele kasutatakse ka tüüpi BTP, KVP, PIP, KVD, PISH andureid. Igal seerial on mitut tüüpi andureid, mis on tähistatud numbritega, näiteks BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Kõik nimetatud andurid on mittekontaktsed diskreetsed, nende põhieesmärk on määrata mehhanismide ja sõlmede osade asukoht. Loomulikult on neid andureid palju rohkem, neist kõigist ühes artiklis kirjutada. Veelgi levinum ja endiselt leitud lai rakendus erinevad kontaktandurid.

Analoogandurite rakendamine

Lisaks diskreetsetele anduritele kasutatakse automaatikasüsteemides laialdaselt analoogandureid. Nende eesmärk on saada teavet erinevate füüsikaliste suuruste kohta ja mitte ainult üldiselt, vaid reaalajas. Täpsemalt ümberkujundamine füüsiline kogus(rõhk, temperatuur, valgustus, vool, pinge, vool) elektrisignaaliks, mis sobib sideliinide kaudu kontrollerile edastamiseks ja selle edasiseks töötlemiseks.

Analoogandurid asuvad tavaliselt kontrollerist üsna kaugel, mistõttu nimetatakse neid sageli väliseadmeteks. Seda terminit kasutatakse sageli tehnilises kirjanduses.

Analoogandur koosneb tavaliselt mitmest osast. Kõige olulisem osa on tundlik element – ​​andur. Selle eesmärk on teisendada mõõdetud väärtus elektrisignaaliks. Kuid andurilt saadud signaal on tavaliselt väike. Võimendiks sobiva signaali saamiseks kaasatakse andur kõige sagedamini sillaahelasse - Wheatstone'i silda.

Wheatstone'i sild

Joonis 2. Wheatstone'i sild

Sillaahela algne eesmärk on takistuse täpne mõõtmine. AD-silla diagonaaliga on ühendatud alalisvooluallikas. Tundlik galvanomeeter, mille keskpunkt on null skaala keskel, on ühendatud teise diagonaaliga. Takisti Rx takistuse mõõtmiseks peaksite häälestustakisti R2 pööramisega saavutama silla tasakaalu ja seadma galvanomeetri nõela nulli.

Instrumendi noole kõrvalekalle ühes või teises suunas võimaldab teil määrata takisti R2 pöörlemissuuna. Mõõdetud takistuse väärtus määratakse takisti R2 käepidemega kombineeritud skaala järgi. Silla tasakaalutingimuseks on suhete R1/R2 ja Rx/R3 võrdsus. Sel juhul saadakse punktide BC vahel nullpotentsiaalide erinevus ja galvanomeetrit V ei voola vool.

Takistite R1 ja R3 takistus on valitud väga täpselt, nende levik peaks olema minimaalne. Ainult sel juhul põhjustab isegi väike silla tasakaalustamatus diagonaali BC pinges üsna märgatava muutuse. Just seda silla omadust kasutatakse erinevate analoogandurite tundlike elementide (andurite) ühendamiseks. No siis on kõik lihtne, tehnika küsimus.

Andurilt saadud signaali kasutamiseks on vaja edasist töötlemist – võimendamist ja muundamist väljundsignaaliks, mis sobib edastamiseks ja töötlemiseks juhtahela – kontrolleri – poolt. Kõige sagedamini on analoogandurite väljundsignaaliks vool (analoogvooluahel), harvem pinge.

Miks praegune? Fakt on see, et analoogandurite väljundastmed on ehitatud vooluallikate baasil. See võimaldab vabaneda ühendusliinide takistuse mõjust väljundsignaalile ja kasutada pikki ühendusliine.

Edasine teisendamine on üsna lihtne. Voolusignaal muundatakse pingeks, mille jaoks piisab voolu juhtimisest läbi teadaoleva takistusega takisti. Pingelangus mõõtetakistil saadakse Ohmi seaduse järgi U=I*R.

Näiteks 100 oomi takistusega takisti 10 mA voolu korral on pinge 10 * 100 = 1000 mV, sama palju kui 1 volt! Sellisel juhul ei sõltu anduri väljundvool ühendusjuhtmete takistusest. Mõistlikes piirides muidugi.

Analoogandurite ühendamine

Mõõtetakistilt saadud pinget saab kergesti teisendada digitaalne vaade, sobib kontrolleri sisendiks. Teisendamine toimub analoog-digitaalmuundurite (ADC) abil.

Digitaalsed andmed edastatakse kontrollerile jada- või paralleelkoodiga. Kõik sõltub konkreetsest lülitusahelast. Analooganduri lihtsustatud ühendusskeem on näidatud joonisel 3.

Analooganduri ühendamine

Joonis 3. Analooganduri ühendamine (suurendamiseks klõpsake pildil)

Täiturid on ühendatud kontrolleriga või kontroller ise on ühendatud automaatikasüsteemi kuuluva arvutiga.

Loomulikult on analooganduritel terviklik disain, mille üheks elemendiks on ühenduselementidega korpus. Näitena on joonisel 4 näidatud Zond-10 tüüpi ülerõhuanduri välimus.

Ülerõhuandur Zond-10

Joonis 4. Ülerõhuandur Zond-10

Anduri allservas on näha ühenduskeere torustikuga ühendamiseks ja paremal musta katte all on pistik sideliini ühendamiseks kontrolleriga.

Tihendamine keermestatud ühendus tehakse lõõmutatud vasest seibi abil (sisaldub anduri tarnepakendis), mitte kerimislindist või linast. Seda tehakse selleks, et anduri paigaldamisel sees asuv andurielement ei deformeeruks.

Analooganduri väljundid

Vastavalt standarditele on kolm voolusignaalide vahemikku: 0...5mA, 0...20mA ja 4...20mA. Mis on nende erinevus ja millised on nende omadused?

Kõige sagedamini on väljundvoolu sõltuvus otseselt proportsionaalne mõõdetud väärtusega, näiteks mida kõrgem on rõhk torus, seda suurem on vool anduri väljundis. Kuigi mõnikord kasutatakse pöördlülitamist: vastab suurem väljundvool minimaalne väärtus mõõdetud väärtus anduri väljundis. Kõik sõltub kasutatava kontrolleri tüübist. Mõnel anduril on isegi lülitus otsesignaalilt pöördsignaalile.

Väljundsignaal vahemikus 0...5mA on väga väike ja seetõttu vastuvõtlik häiretele. Kui sellise anduri signaal kõigub, samal ajal kui mõõdetud parameetri väärtus jääb muutumatuks, siis on soovitatav paigaldada paralleelselt anduri väljundiga kondensaator mahuga 0,1...1 μF. Voolusignaal vahemikus 0...20mA on stabiilsem.

Kuid mõlemad need vahemikud on halvad, sest null skaala alguses ei võimalda meil juhtunut üheselt kindlaks teha. Või jõudis mõõdetud signaal tegelikult nullini, mis on põhimõtteliselt võimalik, või läks sideliin lihtsalt katki? Seetõttu püüavad nad võimaluse korral nende vahemike kasutamist vältida.

Usaldusväärsemaks peetakse analoogandurite signaali, mille väljundvool on vahemikus 4...20 mA. Selle mürakindlus on üsna kõrge ja alumine piir, isegi kui mõõdetud signaalil on nulltase, on 4 mA, mis võimaldab öelda, et sideliin pole katki.

Teine hea omadus 4...20mA vahemikus on see, et andureid saab ühendada ainult kahe juhtmega, kuna see vool annab anduri enda toiteks. See on selle voolutarve ja samal ajal ka mõõtesignaal.

4...20mA vahemikus olevate andurite toide on sisse lülitatud, nagu on näidatud joonisel 5. Samas on Zond-10 anduritel, nagu ka paljudel teistel, nende andmelehe järgi lai toitepingevahemik 10 ...38V, kuigi kõige sagedamini kasutatakse stabiliseeritud allikaid pingega 24V.

Analooganduri ühendamine seadmega väline allikas toitumine

Joonis 5. Analooganduri ühendamine välise toiteallikaga

See diagramm sisaldab järgmised elemendid ja märgendeid. Rsh on mõõtmise šundi takisti, Rl1 ja Rl2 on sideliinide takistus. Mõõtmise täpsuse suurendamiseks tuleks Rsh-na kasutada täppismõõtetakistit. Voolu voolu vooluallikast näidatakse nooltega.

On hästi näha, et toiteallika väljundvool läheb +24V klemmist, läbi liini Rl1 jõuab anduri klemmini +AO2, läbib anduri ja läbi anduri väljundkontakti - AO2, ühendusliin Rl2, takisti Rsh naaseb -24V toiteallika terminali. See on kõik, ahel on suletud, vool voolab.

Kui kontroller sisaldab 24 V toiteallikat, on anduri või mõõtemuunduri ühendamine võimalik vastavalt joonisel 6 näidatud skeemile.

Analooganduri ühendamine kontrolleriga koos sisemine allikas toitumine

Joonis 6. Analooganduri ühendamine sisemise toiteallikaga kontrolleriga

Sellel diagrammil on näha veel üks element - liiteseadis takisti Rb. Selle eesmärk on kaitsta mõõtetakistit sideliini lühise või analooganduri rikke korral. Takisti Rb paigaldamine on valikuline, kuigi soovitav.

Lisaks erinevatele anduritele on vooluväljundiga ka mõõtemuundurid, mida automaatikasüsteemides kasutatakse üsna sageli.

Mõõtemuundur on seade pingetasemete, näiteks 220V või mitmekümne-saja-amprise voolu muundamiseks voolusignaaliks 4...20mA. Siin teisendatakse lihtsalt elektrilise signaali tase, mitte mingi füüsilise suuruse (kiirus, vool, rõhk) esitus elektrilisel kujul.

Kuid reeglina ühest andurist ei piisa. Mõned kõige populaarsemad mõõtmised on temperatuuri ja rõhu mõõtmine. Selliste punktide arv kaasaegses tootmises võib ulatuda kümneni

Loe ka

• Seinavalgustite tüübid ja nende kasutamise omadused
• Potentsiaalide erinevusest, elektromotoorjõust ja pingest
• Mida saab arvestiga määrata, välja arvatud elektritarbimine
• Elektritoodete kvaliteedi hindamise kriteeriumide kohta
• Mis on parem eramaja jaoks - ühefaasiline või kolmefaasiline sisend?
• Kuidas valida maamaja pingestabilisaatorit
• Peltieri efekt: elektrivoolu maagiline mõju
• Juhtmete ühendamise ja televiisori kaablite ühendamise praktika korteris - protsessi omadused
• Probleemid elektrijuhtmetega: mida teha ja kuidas neid parandada?
• T5 luminofoorlambid: rakenduse väljavaated ja probleemid
• Sissetõmmatavad pesaplokid: kasutamise ja ühendamise praktika
• Elektroonilised võimendid. Osa 2. Helivõimendid
• Elektriseadmete ja juhtmestiku õige töö maamajas
• Põhipunktid ohutu pinge kasutamise kohta kodus
• Algajatele elektroonika õppimiseks vajalikud tööriistad ja seadmed
• Kondensaatorid: eesmärk, seade, tööpõhimõte
• Mis on mööduv kontakttakistus ja kuidas sellega toime tulla
• Pingereleed: mis need on, kuidas valida ja ühendada?
• Mis on parem eramaja jaoks - ühefaasiline või kolmefaasiline sisend?
• Elektrooniliste ahelate kondensaatorid. Osa 2. Lavavaheline side, filtrid, generaatorid
• Kuidas tagada mugavus, kui elektrivõrk on ebapiisav
• Kuidas saab poest masinat ostes olla kindel, et see on töökorras?
• Kuidas valida traadi ristlõiget 12-voldiste valgustusvõrkude jaoks
• Veesoojendi ja pumba ühendamise meetod, kui võrgu võimsus on ebapiisav
• Induktiivpoolid ja magnetväljad. Osa 2. Elektromagnetiline induktsioon ja induktiivsus
• Operatsioonivõimendid. 2. osa: Ideaalne operatsioonivõimendi
• Mis on mikrokontrollerid (otstarve, seade, tarkvara)
• Kompaktluminofoorlambi eluea pikendamine (majahoidja)
• Ahelad operatiivvõimendite lülitamiseks ilma tagasisideta
• Korteri elektrijaotuskilbi vahetus
• Miks ei saa elektrijuhtmetes kombineerida vaske ja alumiiniumi?

Tehnoloogiliste protsesside automatiseerimisel mehhanismide ja sõlmede juhtimiseks tuleb tegeleda erinevate füüsikaliste suuruste mõõtmisega. See võib olla temperatuur, rõhk ja vedeliku või gaasi vool, pöörlemiskiirus, valguse intensiivsus, teave mehhanismide osade asukoha kohta ja palju muud. See teave saadakse andurite abil. Siin kõigepealt mehhanismide osade asukohast.

Diskreetsed andurid

Lihtsaim andur on tavaline mehaaniline kontakt: uks avatakse - kontakt avaneb, suletakse - sulgub. Selline lihtne andur, samuti etteantud tööalgoritm, sageli... Translatsioonilise liikumisega mehhanismi jaoks, millel on kaks asendit, näiteks veeklapp, vajate kahte kontakti: üks kontakt on suletud - klapp on suletud, teine ​​​​on suletud - see on suletud.

Keerulisemal translatsiooniliikumise algoritmil on mehhanism automaatse masina termoplastilise vormi sulgemiseks. Esialgu on vorm avatud, see on lähteasend. Selles asendis eemaldatakse valmistooted vormist. Järgmiseks sulgeb töötaja kaitsekatte ja vorm hakkab sulguma ning algab uus töötsükkel.

Vormi poolte vaheline kaugus on üsna suur. Seetõttu liigub vorm algul kiiresti ja teatud vahemaa tagant enne poolte sulgumist rakendub piirlüliti, liikumiskiirus väheneb oluliselt ja vorm sulgub sujuvalt.

See algoritm võimaldab vältida lööke vormi sulgemisel, vastasel juhul saab selle lihtsalt väikesteks tükkideks purustada. Samasugune kiiruse muutus toimub ka vormi avamisel. Siin ei piisa enam kahest kontaktandurist.

Seega on kontaktipõhised andurid diskreetsed või binaarsed, neil on kaks asendit, suletud - avatud või 1 ja 0. Teisisõnu võime öelda, et sündmus on toimunud või mitte. Ülaltoodud näites "püüavad" kontaktid mitu punkti: liikumise algus, kiiruse vähenemise punkt, liikumise lõpp.

Geomeetrias pole punktil mõõtmeid, lihtsalt punkt ja kõik. See võib kas olla (paberil, liikumistrajektooril, nagu meie puhul) või seda lihtsalt ei eksisteeri. Seetõttu kasutatakse punktide tuvastamiseks diskreetseid andureid. Võib-olla pole siinkohal võrdlus punktiga väga kohane, sest praktilistel eesmärkidel kasutavad nad diskreetse anduri vastuse täpsust ja see täpsus on palju suurem kui geomeetriline punkt.

Kuid mehaaniline kontakt ise on ebausaldusväärne. Seetõttu asendatakse mehaanilised kontaktid võimaluse korral kontaktivabade anduritega. Lihtsaim variant on pilliroo lülitid: magnet läheneb, kontakt sulgub. Pilliroo lüliti täpsus jätab soovida selliseid andureid kasutada vaid uste asukoha määramiseks.

Erinevaid kontaktivabasid andureid tuleks pidada keerukamaks ja täpsemaks võimaluseks. Kui metalllipp sisenes pessa, käivitus andur. Selliste andurite näide on erinevate seeriate BVK (Contactless Limit Switch) andurid. Selliste andurite reageerimise täpsus (sõidudiferentsiaal) on 3 millimeetrit.

Joonis 1. BVK seeria andur

BVK andurite toitepinge on 24V, koormusvool 200mA, mis on täiesti piisav vahereleede ühendamiseks edasiseks koordineerimiseks juhtahelaga. Täpselt nii kasutatakse BVK andureid erinevates seadmetes.

Lisaks BVK anduritele kasutatakse ka tüüpi BTP, KVP, PIP, KVD, PISH andureid. Igal seerial on mitut tüüpi andureid, mis on tähistatud numbritega, näiteks BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Kõik nimetatud andurid on mittekontaktsed diskreetsed, nende põhieesmärk on määrata mehhanismide ja sõlmede osade asukoht. Loomulikult on neid andureid palju rohkem, neist kõigist ühes artiklis kirjutada. Erinevad kontaktandurid on veelgi levinumad ja neid kasutatakse endiselt laialdaselt.

Analoogandurite rakendamine

Lisaks diskreetsetele anduritele kasutatakse automaatikasüsteemides laialdaselt analoogandureid. Nende eesmärk on saada teavet erinevate füüsikaliste suuruste kohta ja mitte ainult üldiselt, vaid reaalajas. Täpsemalt füüsikalise suuruse (rõhk, temperatuur, valgustus, vooluhulk, pinge, vool) muundamine sideliinide kaudu kontrollerile edastamiseks sobivaks elektrisignaaliks ja selle edasine töötlemine.

Analoogandurid asuvad tavaliselt kontrollerist üsna kaugel, mistõttu neid sageli nimetatakse väliseadmed. Seda terminit kasutatakse sageli tehnilises kirjanduses.

Analoogandur koosneb tavaliselt mitmest osast. Kõige olulisem osa on anduri element - andur. Selle eesmärk on teisendada mõõdetud väärtus elektrisignaaliks. Kuid andurilt saadud signaal on tavaliselt väike. Võimendiks sobiva signaali saamiseks lülitatakse andur enamasti sillaahelasse - Wheatstone'i sild.

Joonis 2. Wheatstone'i sild

Sillaahela algne eesmärk on takistuse täpne mõõtmine. AD-silla diagonaaliga on ühendatud alalisvooluallikas. Tundlik galvanomeeter, mille keskpunkt on null skaala keskel, on ühendatud teise diagonaaliga. Takisti Rx takistuse mõõtmiseks peaksite häälestustakisti R2 pööramisega saavutama silla tasakaalu ja seadma galvanomeetri nõela nulli.

Instrumendi noole kõrvalekalle ühes või teises suunas võimaldab teil määrata takisti R2 pöörlemissuuna. Mõõdetud takistuse väärtus määratakse takisti R2 käepidemega kombineeritud skaala järgi. Silla tasakaalutingimuseks on suhete R1/R2 ja Rx/R3 võrdsus. Sel juhul saadakse punktide BC vahel nullpotentsiaalide erinevus ja galvanomeetrit V ei voola vool.

Takistite R1 ja R3 takistus on valitud väga täpselt, nende levik peaks olema minimaalne. Ainult sel juhul põhjustab isegi väike silla tasakaalustamatus diagonaali BC pinges üsna märgatava muutuse. Just seda silla omadust kasutatakse erinevate analoogandurite tundlike elementide (andurite) ühendamiseks. No siis on kõik lihtne, tehnika küsimus.

Andurilt saadud signaali kasutamiseks on vaja edasist töötlemist – võimendamist ja muundamist väljundsignaaliks, mis sobib edastamiseks ja juhtahelaga töötlemiseks – kontroller. Kõige sagedamini on analoogandurite väljundsignaaliks vool (analoogvooluahel), harvem pinge.

Miks praegune? Fakt on see, et analoogandurite väljundastmed on ehitatud vooluallikate baasil. See võimaldab vabaneda ühendusliinide takistuse mõjust väljundsignaalile ja kasutada pikki ühendusliine.

Edasine teisendamine on üsna lihtne. Voolusignaal muundatakse pingeks, mille jaoks piisab voolu juhtimisest läbi teadaoleva takistusega takisti. Pingelangus mõõtetakistil saadakse Ohmi seaduse järgi U=I*R.

Näiteks 100 oomi takistusega takisti 10 mA voolu korral on pinge 10 * 100 = 1000 mV, sama palju kui 1 volt! Sellisel juhul ei sõltu anduri väljundvool ühendusjuhtmete takistusest. Mõistlikes piirides muidugi.

Analoogandurite ühendamine

Mõõtetakistilt saadud pinget saab hõlpsasti muuta kontrollerisse sisestamiseks sobivaks digitaalseks vormiks. Teisendamine toimub kasutades analoog-digitaalmuundurid ADC.

Digitaalsed andmed edastatakse kontrollerile jada- või paralleelkoodiga. Kõik sõltub konkreetsest lülitusahelast. Analooganduri lihtsustatud ühendusskeem on näidatud joonisel 3.

Joonis 3. Analooganduri ühendamine (suurendamiseks klõpsake pildil)

Täiturid on ühendatud kontrolleriga või kontroller ise on ühendatud automaatikasüsteemi kuuluva arvutiga.

Loomulikult on analooganduritel terviklik disain, mille üheks elemendiks on ühenduselementidega korpus. Näitena on joonisel 4 näidatud Zond-10 tüüpi ülerõhuanduri välimus.

Joonis 4. Ülerõhuandur Zond-10

Anduri allservas on näha ühenduskeere torustikuga ühendamiseks ja paremal musta katte all on pistik sideliini ühendamiseks kontrolleriga.

Keermeühendus tihendatakse lõõmutatud vasest valmistatud seibiga (sisaldub anduri tarnepakendis), mitte kerides seda lindi või linaga. Seda tehakse selleks, et anduri paigaldamisel sees asuv andurielement ei deformeeruks.

Analooganduri väljundid

Vastavalt standarditele on kolm voolusignaalide vahemikku: 0...5mA, 0...20mA ja 4...20mA. Mis on nende erinevus ja millised on nende omadused?

Kõige sagedamini on väljundvoolu sõltuvus otseselt proportsionaalne mõõdetud väärtusega, näiteks mida kõrgem on rõhk torus, seda suurem on vool anduri väljundis. Kuigi mõnikord kasutatakse pöördlülitust: suurem väljundvool vastab mõõdetava suuruse minimaalsele väärtusele anduri väljundis. Kõik sõltub kasutatava kontrolleri tüübist. Mõnel anduril on isegi lülitus otsesignaalilt pöördsignaalile.

Väljundsignaal vahemikus 0...5mA on väga väike ja seetõttu vastuvõtlik häiretele. Kui sellise anduri signaal kõigub, samal ajal kui mõõdetud parameetri väärtus jääb muutumatuks, siis on soovitatav paigaldada paralleelselt anduri väljundiga kondensaator mahuga 0,1...1 μF. Voolusignaal vahemikus 0...20mA on stabiilsem.

Kuid mõlemad need vahemikud on halvad, sest null skaala alguses ei võimalda meil juhtunut üheselt kindlaks teha. Või jõudis mõõdetud signaal tegelikult nullini, mis on põhimõtteliselt võimalik, või läks sideliin lihtsalt katki? Seetõttu püüavad nad võimaluse korral nende vahemike kasutamist vältida.

Usaldusväärsemaks peetakse analoogandurite signaali, mille väljundvool on vahemikus 4...20 mA. Selle mürakindlus on üsna kõrge ja alumine piir, isegi kui mõõdetud signaalil on nulltase, on 4 mA, mis võimaldab öelda, et sideliin pole katki.

Teine hea omadus 4...20mA vahemikus on see, et andureid saab ühendada ainult kahe juhtmega, kuna see vool annab anduri enda toiteks. See on selle voolutarve ja samal ajal ka mõõtesignaal.

4...20mA vahemikus olevate andurite toide on sisse lülitatud, nagu on näidatud joonisel 5. Samas on Zond-10 anduritel, nagu ka paljudel teistel, nende andmelehe järgi lai toitepingevahemik 10 ...38V, kuigi kõige sagedamini kasutatakse neid 24V pingega.

Joonis 5. Analooganduri ühendamine välise toiteallikaga

See diagramm sisaldab järgmisi elemente ja sümboleid. Rsh on mõõtmise šundi takisti, Rl1 ja Rl2 on sideliinide takistus. Mõõtmise täpsuse suurendamiseks tuleks Rsh-na kasutada täppismõõtetakistit. Voolu voolu vooluallikast näidatakse nooltega.

On hästi näha, et toiteallika väljundvool läheb +24V klemmist, läbi liini Rl1 jõuab anduri klemmini +AO2, läbib anduri ja läbi anduri väljundkontakti - AO2, ühendusliin Rl2, takisti Rsh naaseb -24V toiteallika terminali. See on kõik, ahel on suletud, vool voolab.

Kui kontroller sisaldab 24 V toiteallikat, on anduri või mõõtemuunduri ühendamine võimalik vastavalt joonisel 6 näidatud skeemile.

Joonis 6. Analooganduri ühendamine sisemise toiteallikaga kontrolleriga

Sellel diagrammil on näha veel üks element - liiteseadis takisti Rb. Selle eesmärk on kaitsta mõõtetakistit sideliini lühise või analooganduri rikke korral. Takisti Rb paigaldamine on valikuline, kuigi soovitav.

Lisaks erinevatele anduritele on vooluväljundiga ka mõõtemuundurid, mida automaatikasüsteemides kasutatakse üsna sageli.

Andur- seade pingetasemete, näiteks 220V või mitmekümne-saja-amprise voolu muundamiseks voolusignaaliks 4...20mA. Siin teisendatakse lihtsalt elektrilise signaali tase, mitte mingi füüsilise suuruse (kiirus, vool, rõhk) esitus elektrilisel kujul.

Kuid reeglina ühest andurist ei piisa. Mõned kõige populaarsemad mõõtmised on temperatuuri ja rõhu mõõtmine. Kaasaegsetes tehastes võib selliste punktide arv ulatuda mitmekümne tuhandeni. Sellest lähtuvalt on ka andurite arv suur. Seetõttu on ühe kontrolleriga kõige sagedamini ühendatud korraga mitu analoogandurit. Muidugi mitte mitu tuhat korraga, on hea, kui kümmekond on erinevad. Selline ühendus on näidatud joonisel 7.

Joonis 7. Mitme analooganduri ühendamine kontrolleriga

See joonis näitab, kuidas saadakse voolusignaalist digitaalseks koodiks teisendamiseks sobiv pinge. Kui selliseid signaale on mitu, siis neid kõiki korraga ei töödelda, vaid on ajaliselt eraldatud ja multipleksitud, muidu tuleks igale kanalile eraldi ADC paigaldada.

Selleks on kontrolleril vooluahela lülitusahel. Lüliti funktsionaalne skeem on näidatud joonisel 8.

Joonis 8. Analooganduri kanali lüliti (pilt klõpsatav)

Mõõtetakisti (UR1...URn) pingeks muudetud vooluahela signaalid suunatakse analooglüliti sisendisse. Juhtsignaalid lähevad vaheldumisi väljundisse üks võimendi poolt võimendatud signaalidest UR1...URn ja vaheldumisi saabuvad ADC sisendisse. Digitaalseks koodiks teisendatud pinge antakse kontrollerile.

Skeem on muidugi väga lihtsustatud, kuid selles on täiesti võimalik arvestada multipleksimise põhimõttega. Ligikaudu nii on ehitatud Smolenski PC “Prolog” toodetud MSTS-kontrollerite analoogsignaalide sisestamise moodul (tehniliste vahendite mikroprotsessorsüsteem). MSTS-kontrolleri välimus on näidatud joonisel 9.

Joonis 9. MSTS-kontroller

Selliste kontrollerite tootmine on juba ammu lõpetatud, kuigi mõnes kohas, kaugel parimast, need kontrollerid endiselt teenivad. Neid muuseumieksponaate asendavad uute, enamasti imporditud (Hiina) mudelite kontrollerid.

Kui kontroller on paigaldatud metallkappi, on soovitatav ühendada varjestuspunutised kapi maanduspunktiga. Ühendusliinide pikkus võib ulatuda üle kahe kilomeetri, mis arvutatakse vastavate valemite abil. Me ei loe siin midagi, kuid uskuge mind, see on tõsi.

Uued andurid, uued kontrollerid

Uute kontrollerite saabumisega uued analoogandurid, mis kasutavad HART-protokolli(Highway Addressable Remote Transducer), mis tõlkes tähendab "kiirtee kaudu kaugadresseeritud mõõtemuundurit".

Anduri (väliseadme) väljundsignaal on analoogvoolusignaal vahemikus 4...20 mA, millele on peale kantud sagedusmoduleeritud (FSK - Frequency Shift Keying) digitaalne sidesignaal.

Joonis 10. Analooganduri väljund HART-protokolli kaudu

Joonisel on kujutatud analoogsignaal ja siinuslaine vingerdab selle ümber nagu madu. See on sagedusmoduleeritud signaal. Kuid see ei ole üldse digitaalne signaal, seda tuleb veel ära tunda. Joonisel on märgata, et sinusoidi sagedus loogilise nulli edastamisel on suurem (2,2 KHz) kui ühiku edastamisel (1,2 KHz). Nende signaalide edastamine toimub siinusekujulise voolu amplituudiga ±0,5 mA.

Teadaolevalt on siinussignaali keskmine väärtus null, seetõttu ei mõjuta digitaalse info edastamine 4...20 mA anduri väljundvoolu. Seda režiimi kasutatakse andurite konfigureerimisel.

HART-i suhtlust teostatakse kahel viisil. Esimesel, standardsel juhul saavad kahejuhtmelise liini kaudu infot vahetada ainult kaks seadet, väljundsignaal aga 4...20 mA sõltub mõõdetud väärtusest. Seda režiimi kasutatakse väliseadmete (andurite) konfigureerimisel.

Teisel juhul saab kahejuhtmelise liini külge ühendada kuni 15 andurit, mille arv määratakse sideliini parameetrite ja toiteallika võimsusega. See on mitmepunktirežiim. Selles režiimis on igal anduril oma aadress vahemikus 1...15, mille kaudu juhtseade sellele ligi pääseb.

Andur aadressiga 0 on sideliinist lahti ühendatud. Andmevahetus anduri ja juhtseadme vahel mitmepunktirežiimis toimub ainult sagedussignaali abil. Anduri voolusignaal on fikseeritud vajalikul tasemel ja ei muutu.

Mitmepunktilise side puhul ei tähenda andmed mitte ainult jälgitava parameetri tegelikke mõõtmistulemusi, vaid ka tervet kogumit kõikvõimalikku teenindusinfot.

Esiteks on need andurite aadressid, juhtkäsud ja konfiguratsiooniparameetrid. Ja kogu see teave edastatakse kahejuhtmeliste sideliinide kaudu. Kas neist on võimalik ka lahti saada? Tõsi, seda tuleb teha ettevaatlikult, ainult juhtudel, kui traadita ühendus ei saa mõjutada kontrollitava protsessi ohutust.

Selgub, et saate juhtmetest lahti. Juba 2007. aastal avaldati WirelessHART-standard, mille edastusmeediumiks on litsentseerimata 2,4 GHz sagedus, millel töötavad paljud juhtmevabad arvutiseadmed, sealhulgas traadita kohtvõrgud. Seetõttu saab WirelessHART seadmeid kasutada ka piiranguteta. Joonis 11 näitab WirelessHART traadita võrku.

Joonis 11. WirelessHART-võrk

Need tehnoloogiad on asendanud vana analoogvooluahela. Kuid see ei loobu oma positsioonist, seda kasutatakse kõikjal, kus vähegi võimalik.

Alates 1950. aastatest on jälgimis- ja juhtimisrakendustes saatjatelt andmete edastamiseks kasutatud vooluahelaid. Tänu madalatele rakenduskuludele, kõrgele mürakindlusele ja võimele edastada signaale pikkadele vahemaadele, on vooluahel osutunud eriti mugavaks kasutamiseks tööstuslikes keskkondades. See materjal on pühendatud vooluahela tööpõhimõtete, projekteerimise ja konfiguratsiooni põhitõdede kirjeldusele.

Voolu kasutamine andmete edastamiseks muundurist

Tööstuslikud andurid kasutavad andmete edastamiseks sageli voolusignaali, erinevalt enamikust teistest anduritest, näiteks termopaaridest või pingemõõturitest, mis kasutavad pingesignaali. Hoolimata asjaolust, et muundurid, mis kasutavad pinget teabe edastamise parameetrina, on paljudes tõepoolest tõhusad tootmisülesanded, on mitmeid rakendusi, kus eelistatakse vooluomaduste kasutamist. Märkimisväärne puudus tööstuskeskkonnas signaalide edastamiseks pinge kasutamisel on signaali nõrgenemine pikkade vahemaade edastamisel takistuse olemasolu tõttu. traatliinid side. Loomulikult saate signaali kadumise vältimiseks kasutada suure sisendtakistusega seadmeid. Sellised seadmed on aga väga tundlikud läheduses asuvate mootorite, veorihmade või raadiosaatjate tekitatava müra suhtes.

Vastavalt Kirchhoffi esimesele seadusele on sõlme voolavate voolude summa võrdne sõlmest välja voolavate voolude summaga.
Teoreetiliselt peaks vooluahela alguses voolav vool jõudma täielikult lõpuni,
nagu on näidatud joonisel 1. 1.

Joonis 1. Vastavalt Kirchhoffi esimesele seadusele on voolutugevus ahela alguses võrdne vooluga selle lõpus.

See on mõõteahel toimimise põhiprintsiip. Voolu mõõtmine kõikjal vooluahelas (mõõteahel) annab sama tulemuse. Kasutades voolusignaale ja madala sisendtakistusega andmehõivevastuvõtjaid, saavad tööstuslikud rakendused paremast mürakindlusest ja pikemast ühenduse pikkusest palju kasu.

Vooluahela komponendid
Vooluahela põhikomponendid hõlmavad alalisvooluallikat, andurit, andmehõiveseadet ja neid järjestikku ühendavaid juhtmeid, nagu on näidatud joonisel 2.

Joonis 2. Vooluahela funktsionaalne diagramm.

Alalisvooluallikas annab süsteemile toite. Muundur reguleerib voolu juhtmetes vahemikus 4 kuni 20 mA, kus 4 mA tähistab pingelist nulli ja 20 mA tähistab maksimaalset signaali.
0 mA (voolu puudub) tähendab avatud vooluringi. Andmehõiveseade mõõdab reguleeritud voolu suurust. Tõhus ja täpne meetod voolu mõõtmiseks on täppisšunttakisti paigaldamine andmehõiveseadme mõõtevõimendi sisendisse (joonis 2), et teisendada vool mõõtepingeks, saades lõpuks tulemuse, mis selgelt peegeldab signaal muunduri väljundis.

Vooluahela tööpõhimõtte paremaks mõistmiseks kaaluge näiteks süsteemi konstruktsiooni koos muunduriga, millel on järgmised tehnilised omadused:

Andurit kasutatakse rõhu mõõtmiseks
Andur asub mõõteseadmest 2000 jala kaugusel
Andmehõiveseadme poolt mõõdetud vool annab operaatorile teavet andurile avaldatava rõhu suuruse kohta

Alustame näite vaatamist, valides sobiva konverteri.

Praegune süsteemi disain

Konverteri valik

Praeguse süsteemi kavandamise esimene samm on muunduri valimine. Olenemata mõõdetava muutuja tüübist (vool, rõhk, temperatuur jne) oluline tegur muunduri valimisel on selle tööpinge. Ainult toiteallika ühendamine muunduriga võimaldab reguleerida sideliini voolu. Toiteallika pinge väärtus peab olema vastuvõetavates piirides: rohkem kui nõutav miinimum, väiksem kui maksimaalne väärtus mis võib inverterit kahjustada.

Näites oleva voolusüsteemi puhul mõõdab valitud andur rõhku ja selle tööpinge on 12–30 V. Kui andur on valitud, tuleb voolusignaali õigesti mõõta, et anda andurile rakendatava rõhu täpne esitus. .

Andmehõiveseadme valimine voolu mõõtmiseks

Oluline aspekt, millele peaksite voolusüsteemi ehitamisel tähelepanu pöörama, on vältida vooluahela tekkimist maandusahelas. Levinud tehnika sellistel juhtudel on isoleerimine. Isolatsiooni kasutades saate vältida maanduskontuuri mõju, mille esinemist on selgitatud joonisel 3.

Joonis 3. Maandussilmus

Maandusahelad tekivad siis, kui ahelasse on ühendatud kaks klemmi erinevad kohad potentsiaalid. See erinevus toob sideliinile lisavoolu, mis võib põhjustada mõõtmisvigu.
Andmehõiveseadme isoleerimine viitab signaaliallika maanduse elektrilisele eraldamisele mõõteseadme sisendvõimendi maandusest, nagu on näidatud joonisel 4.

Kuna vool ei saa läbi isolatsioonitõkke voolata, on võimendi ja signaaliallika maanduspunktid sama potentsiaaliga. See välistab võimaluse tahtmatult luua maandusahel.

Joonis 4. Ühisrežiimi pinge ja signaalipinge isoleeritud vooluringis

Isolatsioon hoiab ära ka andmehõiveseadme kahjustamise, kui esineb kõrge ühisrežiimi pinge. Ühisrežiimi pinge on sama polaarsusega pinge, mis esineb mõõteriistade võimendi mõlemas sisendis. Näiteks joonisel 4. Nii võimendi positiivsel (+) kui ka negatiivsel (-) sisendil on +14 V ühisrežiimi pinge. Paljude andmehõiveseadmete maksimaalne sisendvahemik on ±10 V. Kui andmehõiveseadmel puudub isolatsioon ja ühisrežiimi pinge jääb maksimaalsest sisendvahemikust välja, võite seadet kahjustada. Kuigi normaalne (signaal)pinge võimendi sisendis joonisel 4 on ainult +2 V, võib +14 V lisamisel saada pinge +16 V
(Signaalpinge on võimendi “+” ja “-” vaheline pinge, tööpinge tava- ja tavarežiimi pinge summa), mis kujutab endast ohtlikku pingetaset madalama tööpingega kogumisseadmetele.

Eraldi on võimendi ühispunkt elektriliselt eraldatud nullist. Joonisel 4 kujutatud ahelas on võimendi ühispunkti potentsiaal "tõstetud" tasemele +14 V. See meetod põhjustab sisendpinge langemise 16 V-lt 2 V-le. Nüüd, kui andmed on kogutud, hakkab seade ei ohusta enam ülepingekahjustusi. (Pange tähele, et isolaatoritel on maksimaalne ühisrežiimi pinge, mida nad võivad tagasi lükata.)

Kui andmehõiveseade on isoleeritud ja kaitstud, on vooluahela ehitamise viimane etapp sobiva toiteallika valimine.

Toiteallika valimine

Teie vajadustele kõige sobivama toiteallika kindlaksmääramine on lihtne. Vooluahelas töötades peab toiteallikas tootma pinge, mis on võrdne või suurem kui süsteemi kõigi elementide pingelanguste summa.

Meie näite andmehõiveseade kasutab voolu mõõtmiseks täpset šunti.
On vaja arvutada selle takisti pingelang. Tüüpiline šunditakisti on 249 Ω. Põhiarvutused vooluahela vooluvahemiku jaoks 4 ... 20 mA
näita järgmist:

I*R=U
0,004A*249Ω= 0,996 V
0,02A*249Ω= 4,98 V

249 Ω šundilt saame eemaldada pinge vahemikus 1 kuni 5 V, seostades andmehõiveseadme sisendis oleva pinge väärtuse rõhuanduri väljundsignaali väärtusega.
Nagu mainitud, vajab rõhumuundur minimaalset tööpinget 12 V ja maksimaalselt 30 V. Lisades saatja tööpingele täppisšunditakisti pingelangu, saame järgmise:

12 V+ 5 V=17 V

Esmapilgul piisab 17 V pingest. Siiski on vaja arvestada toiteallika lisakoormusega, mis tekib elektritakistusega juhtmetest.
Juhtudel, kui andur asub mõõteriistadest kaugel, peate vooluahela arvutamisel arvestama juhtmete takistusteguriga. Vasktraadid on vastupanu DC, mis on otseselt võrdeline nende pikkusega. Näidisrõhuanduri puhul peate toiteallika tööpinge määramisel arvestama sideliini pikkusega 2000 jalga. Ühesoonelise vaskkaabli lineaarne takistus on 2,62 Ω/100 jalga. Selle takistuse arvessevõtmine annab järgmise:

Ühe 2000 jala pikkuse südamiku takistus on 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m.
Pingelangus ühes südamikus on 0,02 * 52,4 = 1,048 V.
Ahela lõpuleviimiseks on vaja kahte juhtmest, siis sideliini pikkus kahekordistub ja
Kogu pingelang on 2,096 V. Selle tulemuseks on umbes 2,1 V, kuna muunduri ja sekundaarse seadme vaheline kaugus on 2000 jalga. Kõigi vooluahela elementide pingelanguste summeerimisel saame:
2,096 V + 12 V + 5 V = 19,096 V

Kui kasutasite kõnealuse vooluahela toiteks 17 V, on rõhuandurile antav pinge juhtmete ja šunditakisti takistuse languse tõttu madalam kui minimaalne tööpinge. Tüüpilise 24 V toiteallika valimine rahuldab inverteri võimsusnõuded. Lisaks on pingevaru rõhuanduri suuremale kaugusele paigutamiseks.

Kui on valitud õige muundur, andmehõiveseade, kaabli pikkus ja toiteallikas, on lihtsa vooluahela projekteerimine valmis. Keerulisemate rakenduste korral saate süsteemi lisada täiendavaid mõõtekanaleid.