Thread Content
Последнее изменение в этом посте было сделано ztj1118 10.03.2016 в 16:26. Датчики и трансмиттеры играют ключевую роль в области приборов, инструментов и промышленной автоматизации. В отличие от датчиков, трансмиттеры не только способны преобразовывать нэлектрические величины в измеримые электрические величины, но также обычно обладают функцией усиления сигнала. В этой статье кратко описаны характеристики различных трансмиттеров, чтобы помочь пользователям с выбором. I. Интегрированный температурный передатчик Интегрированный температурный передатчик обычно состоит из датчика температуры (термопара или датчик с терморезистором) и двухпроводной электронной единицы. Датчик температуры в виде твердого модуля устанавливается непосредственно в клеммную коробку, в результате чего формируется интегрированный преобразователь. Интеграция. Датчики температуры обычно делятся на два типа: с терморезисторами и с термопарами. Датчик температуры с терморезистивным элементом состоит из базового блока, блока преобразования R/V, линейной схемы, защиты от обратного замыкания, защиты от перегрузки тока, блока преобразования V/I и других компонентов. После преобразования и усиления сигнала терморезистора, линейная схема компенсирует нелинейную зависимость между температурой и сопротивлением. Затем, после преобразования в формат V/I, выходит сигнал постоянного тока силой 4–20 мА, который имеет линейную зависимость от измеряемой температуры. Термоэлектрический трансмиттер температуры обычно состоит из таких электронных компонентов, как источник сигнала, устройство для коррекции температуры холодного конца, блок усиления, устройство для линеаризации сигнала, преобразователь V/I, устройство для обработки ситуаций разъединения контактов, защита от обратной полярности и защита от перегрузки тока. В нем термоэлектрический потенциал, генерируемый термопарой, сначала усиливается путем коррекции на холодном конце. Затем с помощью линейной схемы устраняются нелинейные ошибки, связанные с зависимостью термоэлектрического потенциала от температуры. В итоге получается сигнал выходного тока в диапазоне 4–20 мА. Для предотвращения аварий, возникающих в результате сбоя контроля температуры из-за обрыва проводов термопары во время её измерения, в передатчике также предусмотрена защита от отключения питания. Когда в термопаре обрывается провод или происходит плохой контакт, передатчик выдает максимальное значение (28 мА), чтобы прибор отключил питание. Интегрированный температурный преобразователь обладает такими преимуществами, как простая конструкция, экономия проводов, большой выходной сигнал, высокая помехоустойчивость, хорошая линейность, простота индикатора, устойчивость твердотельного модуля к вибрации и влажности, защита от обратной полярности и ограничение тока, а также надежность в работе. Выход интегрированного температурного трансмиттера — это стандартный сигнал 4–20 мА ； Может использоваться в сочетании с микрокомпьютерными системами или другими обычными приборами. По запросу заказчика также можно изготовить взрывозащищенные или пожаробезопасные измерительные приборы. II. Датчик давления Датчик давления, также называемый датчиком разницы давлений, в основном состоит из датчика для измерения давления, модульной схемы, индикатора, корпуса и элементов для подключения к процессу. Оно способно преобразовывать получаемые сигналы давления от газов, жидкостей и т. д. в стандартные электрические сигналы тока и напряжения для передачи их на вторичные приборы — индикаторы, регистраторы, регуляторы и т. п., предназначенные для измерения, индикации и регулирования технологического процесса. Схема принципа измерения датчика давления показана на рисунке 3. Принцип измерения заключается в следующем: давление в потоке и эталонное давление действуют соответственно на оба конца интегрированного кремниевого датчика давления. Разница давлений приводит к деформации кремниевой пластины (деформация незначительная, всего в порядке микрометров). Благодаря этому полудиодной технологии созданный на кремниевой пластине полностью динамический Вихеровский мост при подаче напряжения от внешнего источника выдает сигнал напряжения в диапазоне милливольт, пропорциональный уровню давления. Благодаря отличной прочности кремниевого материала линейность выходного сигнала и показатели его искажений остаются на высоком уровне. Во время работы датчик давления преобразует измеряемую физическую величину в электрический сигнал напряжения в диапазоне мВ, после чего этот сигнал передается в дифференциальный усилитель с высоким коэффициентом усиления, способный компенсировать температурные сдвиги. Увеличенный сигнал преобразуется с помощью устройства преобразования напряжения в ток, после чего происходит нелинейная коррекция. В итоге получается стандартный сигнал тока или напряжения, который имеет линейную зависимость от входного давления. В зависимости от диапазона измерения давления, датчики давления делятся на обычные датчики давления (от 0,001 МПа до 20 МПа) и дифференциальные датчики давления (от 0 до 30 кПа). III. Датчики уровня жидкости 1. Датчики уровня жидкости с плавающим шариком Датчики уровня жидкости с плавающим шариком состоят из магнитного плавающего шарика, измерительной трубки, сигнального блока, электронного блока, коробки подключений и крепежных элементов. Обычно плотность магнитных поплавков составляет менее 0,5, поэтому они могут дрейфовать на поверхности жидкости и перемещаться вверх и вниз по измерительной трубке. Внутри кабеля расположен измерительный элемент, который под действием внешнего магнитного поля преобразует сигнал уровня жидкости в сигнал сопротивления, пропорциональный изменению уровня жидкости. Кроме того, этот элемент преобразует электронные сигналы в сигналы силой 4–20 мА или в другие стандартные сигналы. Этот трансмиттер представляет собой модульную схему, обладающую такими преимуществами, как устойчивость к кислотам, влаге, ударам и коррозии. Внутри схемы имеются цепи обратной связи для поддержания постоянного тока и защитные цепи, что позволяет сделать максимальный выходной ток не более 28 мА. Благодаря этому удается надежно защитить источник питания и предотвратить повреждение вспомогательных измерительных устройств. 2. Датчик уровня с плавающим баллоном Датчик уровня с плавающим баллоном представляет собой устройство, в котором магнитный шар заменен на плавающий баллон; он разработан на основе принципа архимедовского плавучести. Поплавковый тип. Датчик уровня использует технологию измерения деформации тонкой металлической пленки для определения уровня, границы или плотности жидкости. В рабочем состоянии с помощью кнопок на панели можно выполнять стандартные настройки. 3. Датчики статического давления или уровня жидкости. Эти датчики работают на принципе измерения статического давления жидкости. Как правило, для измерения давления используются кремниевые датчики давления, которые преобразуют измеряемое давление в электрический сигнал. Затем этот сигнал усиливается с помощью усилительных схем, а также корректируется с использованием схем коррекции. В итоге сигнал выводится в форме тока 4–20 мА или 0–10 мА. IV. Емкостные датчики уровня. Емкостные датчики уровня применяются на промышленных предприятиях для измерения и контроля производственных процессов. Они используются для дистанционного непрерывного измерения и индикации уровня жидкости или содержания порошкообразных твердых веществ в средах, как проводящих, так и непроводящих электричество. Емкостной датчик уровня состоит из емкостного сенсора и электронного модуля. В базовой конфигурации он обеспечивает выход постоянного тока в диапазоне 4–20 мА по двухпроводной схеме; после преобразования сигнал может выводиться по трех- или четырехпроводной схеме. Получаемые выходные сигналы соответствуют стандартным значениям: 1–5 В, 0–5 В, 0–10 мА и т. д. Капацитивный датчик состоит из изолирующих электродов и цилиндрического металлического контейнера, в котором находится измерительная среда. Когда уровень материала повышается, поскольку диэлектрическая проницаемость непроводящего материала значительно меньше диэлектрической проницаемости воздуха, емкость изменяется в зависимости от высоты нахождения материала. Модульная схема передатчика состоит из таких элементов, как источник референсного напряжения, устройство модуляции ширины импульса, устройства преобразования сигнала, усилитель с постоянным током, механизм обратной связи и устройство ограничения тока. Преимущества использования принципа регулировки ширины импульса при измерениях заключаются в низкой частоте, низком уровне помех от окружающих радиочастотных источников, хорошей стабильности, отличных характеристиках линий передачи, а также отсутствии значительных температурных сдвигов. V. Ультразвуковые трансмиттеры Ультразвуковые трансмиттеры делятся на обычные ультразвуковые трансмиттеры (без индикатора) и интегрированные ультразвуковые трансмиттеры; интегрированные ультразвуковые трансмиттеры используются чаще. Интегрированный ультразвуковой преобразователь состоит из двух частей: корпуса с дисплеем (например, ЖК-дисплеем) и датчика. Этот преобразователь, который непосредственно выдает сигнал в диапазоне 4–20 мА, представляет собой устройство, в котором миниатюрные чувствительные элементы (датчик) и электронные схемы объединены в единое целое. Благодаря этому устройство имеет меньшие размеры, меньший вес и более низкую стоимость. Ультразвуковой трансмиттер может использоваться для измерения уровня жидкости. Измерение уровня жидкости, а также измерение расхода воды в каналах и других протяженных сооружениях; также может использоваться для измерения расстояний. VI. Измеритель кислотности с сурьмяным электродом. Измеритель кислотности с сурьмяным электродом представляет собой промышленный анализатор для непрерывного контроля, объединяющий в себе функции измерения pH, автоматической очистки и преобразования электрических сигналов. Это устройство представляет собой систему измерения pH, состоящую из сурьмяного электрода и эталонного электрода. В исследуемом кислом растворе на поверхности электрода из антимония образуется слой диоксида антимония. В результате между поверхностью металлического антимония и слоем диоксида антимония возникает разница потенциалов. Величина этой разницы потенциалов определяется концентрацией трисоксида диантимона; эта концентрация соответствует количеству ионов водорода в исследуемом кислом растворе. Если считать значения антимона, тройного оксида диантимония и водного раствора равными 1, то электропотенциал электрода можно рассчитать с помощью формулы Нернста. Схема твердотельного модуля в датчике кислотности с антимоновым электродом состоит из двух основных частей. В целях обеспечения безопасности при эксплуатации источник питания для вторичных измерительных устройств представляет собой сеть переменного тока напряжением 24 В. Этот источник питания, помимо обеспечения двигателя, отвечающего за процесс очистки, должен также преобразовываться с помощью блока преобразования напряжения в соответствующее постоянное напряжение для использования в схемах передачи сигналов. Вторая часть – это схема измерительного трансмиттера, которая усиливает сигналы, поступающие от датчиков, а именно эталонный сигнал и сигнал о кислотности pH. Затем эти усиленные сигналы передаются в схемы регулировки угла наклона и позиции, что позволяет снизить сопротивление в сигналах и осуществлять их регулировку. Усиленный сигнал pH суммируется с сигналом, скорректированным с учетом температуры, после чего результат передается в преобразователь разности. В итоге получается сигнал постоянного тока 4–20 мА, соответствующий значению pH; этот сигнал передается на вторичные измерительные устройства для отображения и контроля значения pH. VII. Преобразователи концентрации кислот, щелочей и солей. Преобразователи концентрации кислот, щелочей и солей определяют концентрацию путем измерения электропроводности раствора. Он может осуществлять непрерывный онлайн-мониторинг концентрации кислот, щелочей и солей в водных растворах в промышленных процессах. Такие трансмиттеры в основном используются в процессах промышленного производства, таких как обработка воды для котлов, приготовление химических растворов, а также в сфере охраны окружающей среды. Принцип работы датчиков концентрации кислот, щелочей и солей заключается в следующем: в определенном диапазоне концентрация растворов кислот и щелочей пропорциональна значению их электропроводности. Следовательно, определив величину электропроводности раствора, можно узнать уровень концентрации кислоты или основания. Когда исследуемый раствор поступает в специальную кондуктометрическую ёмкость, при игнорировании поляризации электродов и емкостей распределения его можно рассматривать как чистый резистор. При протекании переменного тока постоянного напряжения сила выходного тока находится в линейной зависимости от проводимости, а проводимость, в свою очередь, пропорциональна концентрации кислот и щелочей в растворе. Следовательно, достаточно измерить ток в растворе, чтобы определить концентрацию кислот, оснований и солей. Датчик концентрации кислот, щелочей и солей в основном состоит из электропроводимостного элемента, электронного модуля, индикатора и корпуса. Схема электронного модуля состоит из таких компонентов, как источник питания, кондуктометрическая ячейка, усилитель проводимости, фазовый мост-модулятор, декодер, устройство для коррекции температуры, защита от перегрузок и преобразователь тока. VIII. Трансмиттер электропроводимости – это прибор для измерения концентрации ионов, который косвенно определяет значение электропроводимости раствора (это интегрированный трансмиттер). Он позволяет осуществлять непрерывный мониторинг электропроводимости водных растворов в промышленных процессах в реальном времени. Поскольку электролитический раствор является хорошим проводником электричества, подобно металлическим проводникам, при прохождении тока через него неизбежно возникает сопротивление, и это соответствует закону Ома. Однако температурная зависимость сопротивления жидкости противоположна таковой у металлических проводников: она имеет отрицательную температурную зависимость. В отличие от металлических проводников, способность электролитической среды к проведению тока измеряется показателем электропроводимости (обратной величиной сопротивления) или удельной электропроводимостью (обратной величиной удельного сопротивления). Когда два электрода, находящихся в изоляции друг от друга, образуют электропроводную камеру, и в нее помещается раствор, который необходимо исследовать, при подаче на них постоянного переменного тока формируется электрический контур. Если фиксировать величину напряжения и размеры электродов, то между током в цепи и удельной проводимостью существует определенная функциональная зависимость. Таким образом, измерив ток, протекающий через исследуемый раствор, можно определить его электропроводность. Структура и схема электропроводимостного трансмиттера такие же, как у трансмиттеров для измерения концентрации кислот, щелочей и солей. IX. Интеллектуальные трансмиттеры Интеллектуальные трансмиттеры представляют собой устройства, состоящие из датчиков и микропроцессора (микокомпьютера). Он полностью использует вычислительные и хранилищные возможности микропроцессора для обработки данных с датчиков, включая обработку измеряемых сигналов (фильтрацию, усиление, преобразование в формат A/D и т. д.), отображение данных, автоматическую коррекцию и компенсацию. Микропроцессор является ядром интеллектуального трансмиттера. Он не только может выполнять вычисления, хранение и обработку измерительных данных, но также может регулировать датчики с помощью замкнутой системы обратной связи, чтобы сделать собранные данные максимально качественными. Благодаря наличию различных программных и аппаратных функций, микропроцессор может выполнять задачи, которые трудно решить с помощью традиционных трансмиттеров. Поэтому интеллектуальные трансмиттеры снижают сложность производства датчиков и в значительной степени повышают их характеристики. Кроме того, у умных трансмиттеров есть следующие преимущества: 1. Они обладают способностью к автоматической компенсации; с помощью программного обеспечения можно автоматически скорректировать нелинейность датчика, его изменения под воздействием температуры и времени. 2. Возможна самодиагностика: при подаче питания можно провести самопроверку датчика с целью выяснения того, все ли его компоненты работают нормально, и сделать соответствующий вывод. 3. Обработка данных удобна и точна; данные могут обрабатываться автоматически в соответствии с внутренними процедурами, например, для статистической обработки, удаления аномальных значений и т. д. 4. Имеет функцию двусторонней связи. Микропроцессор может не только принимать и обрабатывать данные с датчиков, но и возвращать информацию обратно к датчикам, тем самым регулируя и контролируя процесс измерения. 5. Позволяет хранить и запоминать информацию: могут сохраняться характеристики датчиков, информация о их конфигурации, а также параметры компенсации. 6. Имеет функцию вывода цифровых сигналов, что позволяет легко подключать их к компьютеру или системам типа полевых шин.