Схема подключения датчика давления воды РОСМА РПД-И с токовым выходом 4-20 мА к системе КСИТАЛ
Датчики давления измерительные РОСМА РПД-И.
Датчики давления измерительные РПД-И предназначены для измерения и непрерывного преобразования значения измеряемого параметра – избыточного давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока.
Производитель: ЗАО “РОСМА” / https://rosma.spb.ru/
Область применения: преобразователи давления РПД-И могут применяться в системах сбора данных, автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности и городского хозяйства.
Технические характеристики:
- Диапазон питающих напряжений: 12…36В
- Выходной сигнал: токовый, 4…20мА
Монтаж датчика производите в соответствии с документацией производителя датчика.
Необходимые изменения в настройках блока Кситал
Для данного подключения используется специальный режим работы зоны контроля. Такой режим поддерживают блоки КСИТАЛ с версией прошивки не ниже 315.318.
Как узнать версию прошивки блока описано тут…
Процесс настройки состоит из трех этапов:
- установка для выбранного входа режима работы с аналоговым сигналом
- настройка коэффициента преобразования давления и смещения нуля
- задание порогов срабатывания входа (если нужно)
Подробнее о настройке выбранного входа …
Обратите внимание, что в нижеприведенных подключениях не используются резисторы 3,6 кОм, обычно подключенные к охранным входам.
Точность номинала токового резистора значения не имеет, т.к. при последующей полуавтоматической настройке соответствующего входа, будет учтена величина сопротивления конкретного экземпляра резистора.
Подключение с использованием дополнительного блока питания 24В
Параметры дополнительного блока питания:
- Выходное напряжение: 22.
..26В - Ток нагрузки (не менее): 0,02А
..26ВПодключение с использованием встроенного питания блока КСИТАЛ
В отличие от аналогичных датчиков с минимальным напряжением питания от 9В, питание данного датчика от встроенного питания блока КСИТАЛ невозможно, т.к. минимальное напряжения питания датчика составляет 12В. С учетом падения части напряжения на токовом резисторе датчику не будет хватать питания для полноценной работы.
Источник (официальная документация ЗАО “РОСМА”):
- Датчики давления измерительные РПД. https://rosma.spb.ru/avtomatika/datchiki-davleniya-izmeritelnye-rpd/#rg
Эта информация была полезной?
Автор: Кситал
Дата: 18.
08.2021
Просмотров: 3249
К статьям
Подключение датчиков с токовым выходом к вторичным приборам
Получившие наибольшее распространение в сфере автоматизации производства датчики с унифицированным токовым выходом 4-20, 0-50 или 0-20 мА могут иметь различные схемы подключения к вторичным приборам. Современные датчики, имеющие низкое энергопотребление и токовый выход 4-20 мА, чаще всего подключают по двухпроводной схеме. То есть к такому датчику подключается всего один кабель с двумя жилами, по которым этот датчик запитывается, и по этим же двум жилам осуществляется передача выходного сигнала 4-20 мА.
Как правило, датчики с выходом 4-20 мА и двухпроводной схемой подключения имеют пассивный выход и им для работы необходим внешний источник питания.
Этот источник питания может быть встроен непосредственно во вторичный прибор (в его вход) и при подключении датчика к такому прибору в сигнальной цепи сразу появляется ток. О приборах, которые имеют встроенный во вход источник питания для датчика, говорят, что это приборы с активным входом.
Большинство современных вторичных приборов и контроллеров имеет встроенные источники питания для работы с датчиками с пассивными выходами.
Если же вторичный прибор имеет пассивный вход – по сути, просто резистор, с которого измерительная схема прибора “считывает” падение напряжения, пропорциональное протекающему в цепи току, то для работы датчика необходим дополнительный внешний блок питания. Внешний блок питания в этом случае включается последовательно с датчиком и вторичным прибором в разрыв токовой петли.
Вторичные приборы обычно проектируются и выпускаются с таким расчетом, чтобы к ним можно было подключить как двухпроводные датчики 4-20 мА, так и датчики 0-5, 0-20 или 4-20 мА, подключаемые по трехпроводной схеме.
Для подключения двухпроводного датчика к входу вторичного прибора с тремя входными клеммами (+U, вход и общий) задействуют клеммы “+U” и “вход”, клемма “общий” остается свободной.
Так как датчики, как уже было сказано выше, могут иметь не только выход 4-20 мА, а, например, 0-5 или 0-20 мА или их невозможно подключить по двухпроводной схеме из-за большого собственного энергопотребления (более 3 мА), то применяют трехпроводную схему подключения. В этом случае цепи питания датчика и цепи выходного сигнала разделены. Датчики имеющие трехпроводную схему подключения обычно имеют активный выход. То есть, если подать на датчик с активным выходом напряжение питания и между его выходными клеммами “выход” и “общий” подключить нагрузочное сопротивление, то в выходной цепи побежит ток, пропорциональный величине измеряемого параметра.
Вторичные приборы обычно имеют достаточно маломощный встроенный блок питания для запитки датчиков.
Максимальный выходной ток встроенных блоков питания обычно находиться в пределах 22-50 мА, чего не всегда достаточно для питания датчиков имеющих большое энергопотребление: электромагнитных расходомеров, инфракрасных газоанализаторов и т.п. В этом случае для питания трехпроводного датчика приходиться использовать внешний, более мощный блок питания, обеспечивающий необходимую мощность. Встроенный во вторичный прибор источник питания при этом не используется.
Подобная схема включения трехпроводных датчиков обычно используется и в том случае, когда напряжение встроенного в прибор источника питания не соответствует тому напряжению питания, которое допускается подавать на этот датчик. Например, встроенный источник питания имеет выходное напряжение 24В, а датчик разрешается питать напряжением от 10 до 16В.
Некоторые вторичные приборы могут иметь несколько входных каналов и достаточно мощный блок питания для запитки внешних датчиков.
Необходимо помнить, что суммарная потребляемая мощность всех подключенных к такому многоканальному прибору датчиков должна быть меньше мощности встроенного источника питания, предназначенного для их питания. Кроме того, изучая технические характеристики прибора необходимо четко различать назначение встроенных в него блоков (источников) питания. Один встроенный источник используется для питания непосредственно самого вторичного прибора – для работы дисплея и индикаторов, выходных реле, электронной схемы прибора и т.п. Этот источник питания может иметь достаточно большую мощность. Второй встроенный источник используется для запитки исключительно входных цепей – подключенных к входам датчиков.
Перед подключением датчика к вторичному прибору следует внимательно изучить руководства по эксплуатации на данное оборудование, определить типы входов и выходов (активный/пассивный), проверить соответствие потребляемой датчиком мощности и мощности источника питания (встроенного или внешнего) и только после этого производить подключение.
Реальные обозначения входных и выходных клемм датчиков и приборов могут отличаться от тех, что приведены выше. Так клеммы “Вх (+)” и “Вх (-)” могут иметь обозначение +J и -J, +4-20 и -4-20, +In и -In и т.п. Клемма “+U пит” может быть обозначена как +V, Supply, +24V и т.п., клемма “Выход” – Out, Sign, Jout, 4-20 mA и т.п., клемма “общий” – GND, -24V, 0V и т.п., но смысла это не меняет.
Датчики с токовым выходом имеющие четырехпроводную схему подключения имеют аналогичную схему подключения, что и двухпроводные датчики с той лишь разницей, что питание четырепроводных датчиков осуществляется по отдельной паре проводов. Кроме того, четырехпроводные датчики могут иметь как активный, так и пассивный выход, что необходимо учитывать при выборе схемы подключения.
Токовая петля 4 20 ма схема подключения, дискретный датчик
Аналоговые датчики: применение, способы подключения к контроллеру
В процессе автоматизации технологических процессов для управления механизмами и агрегатами приходится сталкиваться с измерениями различных физических величин.
Дискретные датчики
Самый простой датчик – обычный механический контакт: дверь открыли – контакт разомкнулся, закрыли – замкнулся. Такой нехитрый датчик, равно как и приведенный алгоритм работы, часто применяется в охранных сигнализациях. Для механизма с поступательным движением, который имеет два положения, например водопроводная задвижка, понадобится уже два контакта: замкнулся один контакт – задвижка закрыта, замкнулся другой – закрыта.
Более сложный алгоритм поступательного движения имеет механизм закрытия прессформы термопласт автомата. Изначально прессформа открыта, это исходное положение. В этом положении из прессформы извлекаются готовые изделия. Далее рабочий закрывает защитное ограждение и прессформа начинает закрываться, начинается новый рабочий цикл.
Расстояние между половинами прессформы достаточно велико. Поэтому сначала прессформа движется быстро, а на некотором расстоянии до смыкания половин, срабатывает концевик, скорость движения значительно уменьшается и прессформа плавно закрывается.
Такой алгоритм позволяет избежать удара при смыкании прессформы, иначе ее просто можно расколотить на мелкие кусочки. Такое же изменение скорости происходит и при открывании прессформы. Здесь уже двумя контактными датчиками не обойтись.
Таким образом, датчики на основе контакта являются дискретными или бинарными, имеют два положения, замкнут – разомкнут или 1 и 0. Другими словами можно сказать, что событие произошло или нет. В приведенном выше примере, контактами «улавливаются» несколько точек: начало движения, точка снижения скорости, конец движения.
В геометрии точка не имеет никаких размеров, просто точка и все. Она может либо быть (на листе бумаги, в траектории движения, как в нашем случае) или ее попросту нет. Поэтому для обнаружения точек применяются именно дискретные датчики.
Может быть сравнение с точкой здесь не очень уместно, ведь в практических целях пользуются величиной точности срабатывания дискретного датчика, а точность эта намного больше геометрической точки.
Но сам по себе механический контакт вещь ненадежная. Поэтому везде, где это возможно, механические контакты заменяются бесконтактными датчиками. Самый простой вариант это герконы: магнит приблизился, контакт замкнулся. Точность срабатывания геркона оставляет желать лучшего, применять такие датчики как раз только для определения положения дверей.
Более сложным и точным вариантом следует считать различные бесконтактные датчики. Если металлический флажок вошел в прорезь, то датчик сработал. В качестве примера таких датчиков можно привести датчики БВК (Бесконтактный Выключатель Конечный) различных серий. Точность срабатывания (дифференциал хода) таких датчиков 3 миллиметра.
Рисунок 1. Датчик серии БВК
Напряжение питания датчиков БВК 24В, ток нагрузки 200мА, что вполне достаточно для подключения промежуточных реле для дальнейшего согласования со схемой управления.
Именно так используются датчики БВК в различном оборудовании.
Кроме датчиков БВК применяются также датчики типов БТП, КВП, ПИП, КВД, ПИЩ. Каждая серия имеет несколько типов датчиков, обозначаемых цифрами, например, БТП-101, БТП-102, БТП-103, БТП-211.
Все упомянутые датчики являются бесконтактными дискретными, их основное назначение определение положения частей механизмов и агрегатов. Естественно, что этих датчиков намного больше, обо всех в одной статье не написать. Еще более распространены и до сих пор находят широкое применение различные контактные датчики.
Применение аналоговых датчиков
Кроме дискретных датчиков в системах автоматизации широкое применение находят аналоговые датчики. Их назначение – получение информации о различных физических величинах, причем не, просто так вообще, а в реальном масштабе времени. Точнее преобразование физической величины (давление, температура, освещенность, расход, напряжение, ток) в электрический сигнал пригодный для передачи по линиям связи в контроллер и дальнейшая его обработка.
Аналоговые датчики располагаются, как правило, достаточно далеко от контроллера, отчего часто их называют полевыми устройствами. Этот термин часто применяется в технической литературе.
Аналоговый датчик, как правило, состоит из нескольких частей. Самая главная часть это чувствительный элемент – сенсор. Его назначение перевести измеряемую величину в электрический сигнал. Но сигнал, получаемый от сенсора, как правило, невелик. Для получения сигнала, пригодного для усиления, сенсор чаще всего включается в мостовую схему – мостик Уитстона.
Рисунок 2. Мостик Уитстона
Изначальное назначение мостовой схемы — точное измерение сопротивления. К диагонали моста AD подключается источник постоянного тока. В другую диагональ подключен чувствительный гальванометр со средней точкой, с нулем в середине шкалы. Для измерения сопротивления резистора Rx вращением подстроечного резистора R2 следует добиться равновесия моста, установить стрелку гальванометра на нулевое значение.
Отклонение стрелки прибора в ту или иную сторону позволяет определить направление вращения резистора R2. Величина измеряемого сопротивления определяется по шкале, совмещенной с ручкой резистора R2. Условием равновесия моста является равенство соотношений R1/R2 и Rx/R3. В этом случае между точками BC получается нулевая разность потенциалов, и ток через гальванометр V не протекает.
Сопротивление резисторов R1 и R3 подобрано очень точно, их разброс должен быть минимален. Только в этом случае даже небольшой разбаланс моста вызывает достаточно заметное изменение напряжения диагонали BC. Именно это свойство моста используется для подключения чувствительных элементов (сенсоров) различных аналоговых датчиков. Ну, а дальше все просто, дело техники.
Для использования сигнала, полученного с сенсора, требуется его дальнейшая обработка, — усиление и преобразование в выходной сигнал, пригодный для передачи и обработки схемой управления — контроллером. Чаще всего выходным сигналом аналоговых датчиков является ток (аналоговая токовая петля), реже напряжение.
Почему именно ток? Дело в том, что выходные каскады аналоговых датчиков построены на базе источников тока. Это позволяет избавиться от влияния на выходной сигнал сопротивления соединительных линий, пользоваться соединительными линиями большой длины.
Дальнейшее преобразование достаточно просто. Токовый сигнал преобразуется в напряжение, для чего достаточно ток пропустить через резистор известного сопротивления. Падение напряжения на измерительном резисторе получается по закону Ома U=I*R.
Например, для тока 10 мА на резисторе сопротивлением 100Ом получится напряжение 10*100=1000мВ, аж прямо целый 1 вольт! При этом выходной ток датчика не зависит от сопротивления соединительных проводов. В разумных, конечно, пределах.
Подключение аналоговых датчиков
Полученное на измерительном резисторе напряжение легко преобразовать в цифровой вид, пригодный для ввода в контроллер. Преобразование выполняется с помощью аналого-цифровых преобразователей АЦП.
Цифровые данные в контроллер передаются последовательным или параллельным кодом.
Все зависит от конкретной схемы включения. Упрощенная схема подключения аналогового датчика показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Подключение аналогового датчика (чтобы увеличить нажмите на картинку)
К контроллеру подключаются исполнительные механизмы, либо сам контроллер подключается к компьютеру, входящему в систему автоматизации.
Естественно, что аналоговые датчики имеют законченную конструкцию, одним из элементов которой является корпус с присоединительными элементами. В качестве примера на рисунке 4 показан внешний вид датчика избыточного давления типа Зонд-10.
Рисунок 4. Датчик избыточного давления Зонд-10
В нижней части датчика можно видеть присоединительную резьбу для подключения к трубопроводу, а справа под черной крышкой находится разъем для подключения линии связи с контроллером.
Герметизация резьбового соединения производится с помощью шайбы из отожженной меди (входит в комплект поставки датчика), а отнюдь не подмоткой из фум-ленты или льна.
Делается это для того, чтобы при установке датчика не деформировать расположенный внутри сенсорный элемент.
Выходные сигналы аналоговых датчиков
Согласно стандартам существует три диапазона токовых сигналов: 0…5мА, 0…20мА и 4…20мА. В чем их отличие, и какие особенности?
Чаще всего зависимость выходного тока прямо пропорциональна измеряемой величине, например, чем выше давление в трубе, тем больше ток на выходе датчика. Хотя иногда применяется инверсное включение: большей величине выходного тока соответствует минимальное значение измеряемой величины на выходе датчика. Все зависит от типа применяемого контроллера. Некоторые датчики имеют даже переключение с прямого на инверсный сигнал.
Выходной сигнал диапазона 0…5мА весьма мал, и поэтому подвержен действию помех. Если сигнал такого датчика колеблется при неизменном значении измеряемого параметра, то есть рекомендации параллельно выходу датчика установить конденсатор емкостью 0.1…1мкФ. Более устойчивым является токовый сигнал в диапазоне 0…20мА.
Но оба этих диапазона нехороши тем, что ноль в начале шкалы не позволяет однозначно определить, что же произошло. Или измеряемый сигнал на самом деле принял нулевой уровень, что в принципе возможно, или просто оборвалась линия связи? Поэтому от использования этих диапазонов стараются, по возможности, отказаться.
Более надежным считается сигнал аналоговых датчиков с выходным током в диапазоне 4…20мА. Помехозащищенность его достаточно высокая, а нижний предел, даже если измеряемый сигнал имеет нулевой уровень, будет 4мА, что позволяет говорить о том, что линия связи не оборвана.
Еще одной хорошей особенностью диапазона 4…20мА является то, что датчики можно подключать всего по двум проводам, поскольку именно таким током питается сам датчик. Это его ток потребления и одновременно измерительный сигнал.
Источник питания датчиков диапазона 4…20мА включается, как показано на рисунке 5. При этом датчики Зонд-10, как и многие другие, по паспорту имеют широкий диапазон напряжения питания 10…38В, хотя чаще всего применяются стабилизированные источники с напряжением 24В.
Рисунок 5. Подключение аналогового датчика с внешним источником питания
На этой схеме присутствуют следующие элементы и обозначения. Rш – резистор измерительного шунта, Rл1 и Rл2 – сопротивления линий связи. Для повышения точности измерения в качестве Rш должен использоваться прецизионный измерительный резистор. Прохождение тока от источника питания показано стрелками.
Нетрудно видеть, что выходной ток источника питания проходит с клеммы +24В, через линию Rл1 достигает клеммы датчика +AO2, проходит через датчик и через выходной контакт датчика — AO2, соединительную линию Rл2, резистор Rш возвращается на клемму источника питания -24В. Все, цепь замкнулась, ток течет.
В случае, если контроллер содержит источник питания 24В, то подключение датчика или измерительного преобразователя возможно по схеме, показанной на рисунке 6.
Рисунок 6. Подключение аналогового датчика к контроллеру с внутренним источником питания
На этой схеме показан еще один элемент – балластный резистор Rб.
Его назначение защита измерительного резистора при замыкании линии связи или неисправности аналогового датчика. Установка резистора Rб необязательна, хотя и желательна.
Кроме различных датчиков токовый выход имеют также измерительные преобразователи, которые в системах автоматизации используются достаточно часто.
Измерительный преобразователь – устройство для преобразования уровней напряжения, например, 220В или тока в несколько десятков или сотен ампер в токовый сигнал 4…20мА. Здесь просто происходит преобразование уровня электрического сигнала, а не представление некоторой физической величины (скорость, расход, давление) в электрическом виде.
Но единственным датчиком дело, как правило, не обходится. Одними из самых популярных измерения являются измерения температуры и давления. Количество таких точек на современных производствах может достигать нескольких десятков тысяч. Соответственно и количество датчиков тоже велико. Поэтому к одному контроллеру чаще всего подключается сразу несколько аналоговых датчиков.
Конечно же, не сразу несколько тысяч, хорошо, если десяток – другой. Такое подключение показано на рисунке 7.
Рисунок 7. Подключение нескольких аналоговых датчиков к контроллеру
На этом рисунке показано, как из токового сигнала получается напряжение, пригодное для преобразования в цифровой код. Если таких сигналов несколько, то обрабатываются они не все сразу, а разделяются по времени, мультиплексируются, в противном случае на каждый канал пришлось бы ставить отдельный АЦП.
Для этой цели контроллер имеет схему коммутации каналов. Функциональная схема коммутатора показана на рисунке 8.
Рисунок 8. Коммутатор каналов аналоговых датчиков (картинка кликабельна)
Сигналы токовой петли, преобразованные в напряжение на измерительном резисторе (UR1…URn) поступают на вход аналогового коммутатора. Управляющие сигналы поочередно пропускают на выход один из сигналов UR1…URn, которые усиливаются усилителем, и поочередно поступают на вход АЦП. Преобразованное в цифровой код напряжение поступает в контроллер.
Схема, конечно, очень упрощенная, но принцип мультиплексирования в ней рассмотреть вполне возможно. Примерно так построен модуль ввода аналоговых сигналов контроллеров МСТС (микропроцессорная система технических средств) выпускавшихся смоленским ПК «Пролог». Внешний вид контроллера МСТС показан на рисунке 9.
Рисунок 9. Контроллер МСТС
Выпуск таких контроллеров давно уже прекращен, хотя в некоторых местах, далеко не лучших, эти контроллеры служат до сих пор. На смену этим музейным экспонатам приходят контроллеры новых моделей, в основном импортного (китайского) производства.
Для подключения токовых датчиков 4…20мА рекомендуется использовать двухпроводный экранированный кабель с сечением жил не менее 0,5 мм2.
Если контроллер смонтирован в металлическом шкафу, то экранирующие оплетки рекомендуется подключать к точке заземления шкафа. Длина соединительных линий может достигать двух с лишним километров, что рассчитывается по соответствующим формулам. Считать здесь ничего не будем, но поверьте, что это так.
Новые датчики, новые контроллеры
С приходом новых контроллеров появились и новые аналоговые датчики, работающие по протоколу HART (Highway Addressable Remote Transducer), что переводится как «Измерительный преобразователь, адресуемый дистанционно через магистраль».
Выходной сигнал датчика (полевого устройства) представляет собой аналоговый токовый сигнал диапазона 4…20мА, на который накладывается частотно модулированный (FSK — Frequency Shift Keying) сигнал цифровой связи.
Рисунок 10. Выходной сигнал аналогового датчика по протоколу HART
На рисунке показан аналоговый сигнал, а вокруг него, как змея, извивается синусоида. Это и есть частотно – модулированный сигнал. Но это еще вовсе не цифровой сигнал, его еще предстоит распознать. На рисунке заметно, что частота синусоиды при передаче логического нуля выше (2,2КГц), чем при передаче единицы (1,2КГц). Передача этих сигналов осуществляется током амплитудой ±0,5мА синусоидальной формы.
Известно, что среднее значение синусоидального сигнала равно нулю, поэтому, на выходной ток датчика 4…20мА передача цифровой информации влияния не оказывает.
Такой режим используется при настройке датчиков.
Связь по протоколу HART осуществляется двумя способами. В первом случае, стандартном, по двухпроводной линии могут обмениваться информацией только два устройства, при этом выходной аналоговый сигнал 4…20мА зависит от измеряемой величины. Такой режим применяется при настройке полевых устройств (датчиков).
Во втором случае к двухпроводной линии может быть подключено до 15 датчиков, количество которых определяется параметрами линии связи и мощностью блока питания. Это режим многоточечной связи. В этом режиме каждый датчик имеет свой адрес в диапазоне 1…15, по которому к нему обращается устройство управления.
Датчик с адресом 0 от линии связи отключен. Обмен данными между датчиком и устройством управления в многоточечном режиме осуществляется только частотным сигналом. Токовый сигнал датчика зафиксирован на необходимом уровне и не изменяется.
Под данными в случае многоточечной связи подразумеваются не только собственно результаты измерений контролируемого параметра, но еще и целый набор всевозможной служебной информации.
В первую очередь это адреса датчиков, команды управления, параметры настройки. И вся эта информация передается по двухпроводным линиям связи. А нельзя ли избавиться и от них? Правда, делать это надо осторожно, лишь в тех случаях, когда беспроводное соединение не сможет повлиять на безопасность контролируемого процесса.
Оказывается, избавиться от проводов можно. Уже в 2007 году был опубликован Стандарт WirelessHART, средой передачи является нелицензируемая частота 2,4ГГц, на которой работают многие компьютерные беспроводные устройства, в том числе и беспроводные локальные сети. Поэтому и WirelessHART-устройства можно использовать без всяких ограничений. На рисунке 11 показана беспроводная сеть WirelessHART.
Рисунок 11. Беспроводная сеть WirelessHART
Вот такие технологии пришли на смену старой аналоговой токовой петле. Но и она свои позиции не сдает, широко применяется везде, где это возможно.
Борис Аладышкин
Подключение датчика с токовой петлей 4-20мА / Основная / smart-MAIC support
Датчик с токовой петлей 4-20мА
Датчики промышленного исполнения часто используют токовый сигнал для передачи данных. В передатчике “токовой петли” используется не источник напряжения, а источник тока, что позволяет передавать сигнал на большие расстояния. Сами же датчики требуют отдельного источника питания, обычно, 9-30В.
К универсальному счетчику smart-MAC D105 можно подключить датчик с токовой петлей 4-20мА по простой схеме с помощью
калиброванного сопротивления Rh. В результате на выходе датчика получим
напряжение Vout, которое легко измерить на аналоговом входе D105, клемма 5
(ADC), в пределах 0 – 15В.
Схема подключения датчика с токовой петлей 4-20мА к smart-MAC D105
Сопротивление Rh подбирать по таблице, исходя из требуемого напряжения на выходе Vout, напряжения питания токового датчика и напряжение доступного внешнего источника питания (Power Supply).
Диапазон изменения напряжения на выходе Vout | 1-5 В | 2-10 В |
Необходимая величина сопротивления нагрузки Rh | 240 Ом | 510 Ом |
Vout при токе 4 мА (минимальное значение датчика) | 0.96 В | 2.04 В |
Vout при токе 20 мА (максимальное значение датчика) | 4.8 В | 10.2 В |
Рекомендуемое напряжение блока питания | > 15 В | > 24 В |
Таблица подбора сопротивления Rh в соответствии с выходным напряжением Vout
Подбор сопротивления Rh и формула пересчета Vout в измеряемую величину.
Напряжение Vout, на аналоговом входе устройства D105, зависит от сопротивления Rh и рассчитывается по закону Ома, где I – ток на датчике в пределах 4-20мА.
Vout = I * Rh
Минимальное напряжение Vout при токе 4мА:
Vout min = 0.004 * Rh
Максимальное напряжение Vout при токе 20мА:
Vout max = 0.02 * Rh
Рассмотрим на примере подключения датчика давления 0-400 бар.
1. При сопротивлении Rh 510 Ом напряжение Vout буде изменяться в диапазоне 2 – 10В:
Vout min = 0.004 * 510 = 2.04В Vout max = 0.02 * 510 = 10.2В
При этом, на внешнем источнике питания произойдет падение напряжения на величину Vout, максимально 10В. Для правильного подбора внешнего источника питания необходимо к минимальной величине питания датчика, например 9В, прибавить максимальную величину падения напряжения 10В. Значит напряжение на внешнем источнике питания должно быть не менее 19В (рекомендовано 24В).
Далее определим, сколько Бар давления на датчике приходится на каждый 1В напряжения Vout, зная возможный диапазон давления 0-400 бар и диапазон изменения напряжения Vout 2-10В.
400 бар / ( Vout max - Vout min ) = 400/(10.2 - 2.04) = 49.02 бар
Составим формулу линейной зависимости f(x) между давлением на датчике и напряжением Vout.
Давление [Бар] = (Vout - 2.04) * 49.02
2. При сопротивлении Rh 250 Ом напряжение Vout будет изменяться в диапазоне 1 – 5В для давления 0-400 бар.
Максимальное падение напряжения на внешнем источнике питания составит 5В, значит необходимо подобрать внешний источник питания с напряжением не менее 14В (9В мин. питание датчика + 5В падение напряжения).
На каждый 1В будет приходиться 100 бар и формула линейной зависимости f(x) примет вид:
400 бар / ( Vout max - Vout min ) = 400/(5-1) = 100 бар на каждый 1В Давление [Бар] = (Vout - 1) * 100
Как видим, вариант сопротивление Rh 510 Ом обеспечит меньший шаг измерений и более точные результаты.
Настройки виджета на Дашборде.
Добавьте виджет индикатор, график или таблицу на доску.
Выберите ваше устройство smart-MAC D105, в разделе “Арифметическая операция” выберите функцию f(x) и пропишите функцию для расчета давления в нужных вам единицах измерения.
Например, для напряжения Vout в пределах 2.04 – 10.2В при сопротивлении Rh 510 Ом.
Бары [бар]
d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02: 0
Паскали [МПа]
d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 0.1 : 0
Атмосферы [атм]
d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 0.986923 : 0
Миллиметры ртутного столба [мм рт. ст.]
d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 750.06 : 0
Фунт на квадратный дюйм [psi]
d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 14.5038 : 0
Настройка уведомлений на устройстве и управление встроенным реле.
Для настройки уведомлений на устройстве D105 и автоматического управления встроенным реле по уровню давления, необходимо определить формулу для расчета напряжения на аналоговом входе Vout при соответствующем уровне давления на датчике Барах.
Vout = (БАР+2.04*49.02)/49.02 = (БАР + 100) / 49.02
где:
БАР – уровень давления в барах, при котором должно прийти
оповещение или сработать реле;
Vout – напряжение на аналоговом входе, при соответствующем давлении.
Готово!
Рекомендации потребителю
.
1.1 Климатические условия.
Климатические условия (температура окружающей среды, влажность, конденсация влаги, прямое попадание воды и солнечных лучей), при которых будет работать датчик, должны соответствовать тем, на которые он рассчитан. Датчик давления исполнения У**2 (ГОСТ 15150-69) рассчитан для работы в умеренном климате при температуре окружающей среды от минус 40°С до плюс 80°С. Место установки – открытый воздух, под навесом. Исключается прямое попадание солнечных лучей и воды (во время дождя). Кратковременно датчики могут быть влажными в результате конденсации, вызванной резкими изменениями температуры или в результате воздействия заносимых ветром осадков. Датчик по этому параметру испытывается в течение 10 суток. (максимальная влажность воздуха – 95-100% при температуре 40°С и ниже с конденсацией влаги). Не допускается длительная конденсация влаги на датчике, вызванная эксплуатацией датчика во влажном помещении при низкой температуре измеряемой среды.
Датчик исполнения УХЛ**3.1 рассчитан для работы в умеренно-холодном климате при температуре окружающей среды от минус 40°С до плюс 80°С. Место установки – сухие, нерегулярно отапливаемые помещения. Попадание воды на датчик и конденсация влаги исключены. Максимальная влажность воздуха – 80% при температуре 35°С без конденсации влаги (группа В4 по ГОСТ 12997-84).
1.2. Температура измеряемой среды.
Температура измеряемой среды не должна выходить за пределы, указанные для интервалов температур окружающей среды, если иное не оговорено в технической документации на датчик. Если температура измеряемой среды выше или ниже допустимой, должен устанавливаться отвод или предприняты другие меры для выполнения условий правильной эксплуатации.
При низкой температуре измеряемой среды необходимо принять меры (специальный отвод и т.п.), чтобы исключить появление конденсата на корпусе датчика.
1.3. Состояние и свойства измеряемой среды
Измеряемая среда должна обладать следующими свойствами:
При эксплуатации датчика давления состояние измеряемой среды должно оставаться таким, чтобы исключить:
В обоих случаях возможен выход датчика из строя из-за повреждения или разрыва его мембраны.
Отборные устройства рекомендуется размещать в местах, где скорость движения среды наименьшая, поток без завихрений, т.е. на прямолинейных участках трубопроводов, при максимальном расстоянии от запорных устройств, колен, компенсаторов и других гидравлических соединений.
При пульсирующем давлении среды, гидроударах необходимо применять демпфирующую вставку нашего производства ТНКИ.716512.001 или другие меры (петлеобразные успокоители, и т.п.), чтобы не допустить повреждения или разрыва мембраны датчика.
1.4. Механические воздействия
Механические воздействия (вибрации, одиночные удары) на датчик не должны превышать следующих значений.
Для группы V3 (исполнение УХЛ**3.1) вибрации с частотой 10-150 Гц, амплитуда – 0,35 мм, ускорение 49 м/сек2, удары не допускаются.
Для группы G2 (исполнение У**2) вибрации с частотой 10-2000 Гц, амплитуда – 0,75 мм, ускорение 98 м/сек2, до 1000 ударов с ускорением до 100 м/ сек2 с длительностью ударного импульса 2-50 мс.
Содержание
2. Подключение датчика к магистрали с измеряемой средой
2.1. Подготовка посадочного места
Посадочное место, куда устанавливается датчик, изготавливается в соответствии с чертежом, приведённом в техническом описании. Для наиболее часто используемых датчиков со штуцером М20х1,5 , М12х1,5 посадочное место должно иметь вид, представленный на рис.2.1-1.
Рис.2.1-1
2.2. Монтаж датчика
Монтаж датчика на рабочее место осуществляется гаечным ключом за шестигранник штуцера. Применение трубного ключа с использованием корпуса датчика в качестве силового элемента категорически запрещено. Герметичность соединения с магистралью достигается применением прокладки, как показано на рисунке 2.2-1.
Рис.2.2-1
Использовать уплотнение по резьбе (пакля, лента ФУМ) для обеспечения герметичности соединения запрещено, так как может произойти повреждение мембраны большим избыточным давлением (при закручивании датчика в замкнутый объём жидкости).
В случае установки датчиков непосредственно на технологическом оборудовании и трубопроводах должны применяться отборные устройства с вентилями для обеспечения возможности отключения и проверки датчиков.
Содержание
3. Электрическое подключение датчика давления
3.1.Электрические схемы подключения датчика.3.1.1. Двухпроводная схема включения.
Двухпроводная схема включения реализуется только на датчиках, имеющих выходной сигнал постоянного тока 4‑20 мА (рис.3.1-1).
Рис.3.1-1
На схеме использованы следующие обозначения: “Д”- датчик, “+Un” – 1-й контакт датчика, “-Un” – 2-й контакт датчика, которые являются одновременно цепями питания и сигнала, “Rн”- сопротивление нагрузки, “ИП”- источник питания.
В качестве сопротивления нагрузки (Rн) в данной схеме может выступать прецизионный измерительный резистор, сопротивление стрелочного, цифрового измерителя тока или входное сопротивление контроллера. Сопротивление нагрузки может ставиться как в плюсовую, так и в минусовую цепь датчика. При работе с системой сбора данных чаще схемотехнически оправдано включать нагрузку в минусовую цепь питания датчика. Величина Rн выбирается а пределах от 0 до 1 кОм. При этом напряжение питания должно иметь следующую величину:
Up ³ 0,02 ·(Rн + Rл) + 12, (1)где Rн- сопротивление нагрузки (Ом), Rл – сопротивление проводов соединительной линии (Ом), Up- напряжение питания датчика (В).
Для предотвращения поражения током обслуживающего персонала рекомендуется заземлять корпус датчика и источника питания (если он имеет металлические части, которые могут оказаться под напряжением).
Двухпроводная схема является самой простой и надёжной для работы датчика. Датчик не выходит из строя при неправильном включении, если перепутана полярность питания, при коротких замыканиях, менее чувствителен к помехам (особенно при малых сопротивлении нагрузки). При двухпроводном включении проще реализовать меры по снижению влияния электромагнитных помех (индустриальные помехи, радиопомехи).
Снизить влияние электромагнитных помех на линию связи можно, прокладывая ее витой парой, экранированным кабелем, экранированной витой парой (рис 3.1-2).
Рис.3.1-2
(Схема подключения двухпроводного датчика с выходным сигналом 4‑20 мА с элементами защиты)
Соединение экрана с общим проводом системы, либо с шиной заземления должно выполнятся только с одного конца. Экран кабеля линии связи должен быть надежно изолирован на всем его протяжении. Недопустимо использовать в качестве точки заземления экрана корпус электротехнического устройства (шкафа). Заземление должно выполнятся только на шину заземления, кратчайшим путем соединенную с заземляющим устройством.
На рис. 3.1-2 в цепь питания датчика дополнительно включен резистор Rогр, который защищает сопротивление нагрузки (вход измерительного или регистрирующего прибора) от возможных перегрузок при случайных замыканиях линии связи, если источник питания не имеет защиты от перегрузки, либо ток срабатывания защиты чрезмерно велик. Резистор Rогр не должен быть точным, но при этом его максимально возможное значение должно быть учтено при расчете по формуле (1).
На рис. 3.1-3 показана схема подключения группы двухпроводных датчиков с выходным сигналом 4‑20 мА. Как и в предыдущих схемах, Rн – это либо измерительные резисторы, либо эквиваленты входного сопротивления приборов контроля и регулирования.
Рис.3.1-3.
(Схема подключения группы двухпроводных датчиков)
Чтобы исключить появление дополнительной погрешности от протекания суммы выходных токов датчиков, объединение нагрузок должно быть выполнено в одной точке. Для минимизации обратной связи по проводам питания объединение проводов питания датчиков должно быть выполнено непосредственно на положительном зажиме источника питания, либо на колодке, расположенной в непосредственной близости от источника питания, а провод, соединяющий отрицательный зажим источника питания с общей точкой системы, должен быть минимальной длины.
3.1.2. Четырёхпроводная схема включения
На рис. 3.1-4 показана схема подключения четырехпроводных датчиков с унифицированным сигналами постоянного тока с токовым (0-5мА) или потенциальным выходом (0-5В).
Рис.3.1-4.
(Схема подключения четырехпроводного датчика)
На схеме обозначены: “Д”- датчик, “+” – 1-й контакт датчика, “” – 2-й контакт датчика, которые являются цепями питания, “Rн+”, “Rн-“- контакты 3, 4, которые являются сигнальными цепями, “Rн”- сопротивление нагрузки, “ИП”- источник питания.
Для датчиков с токовым выходом сопротивлением нагрузки (Rн) может быть прецизионный измерительный резистор, сопротивление стрелочного, цифрового измерителя тока или входное сопротивление контроллера.
Питание датчиков осуществляется от источника питания с напряжением 20÷36В. Сопротивление нагрузки берётся в пределах от 0 до 2,5 кОм для датчиков с выходом 0-5 мА, 10 кОм и выше для датчиков с выходом 0-5 В. Датчики давления с потенциальным выходом в большей степени подвержены воздействию помех на линию связи, чем датчики с токовым выходом.
Для предотвращения поражения током обслуживающего персонала рекомендуется заземлять корпус датчика и источника питания (если он имеет металлические части, которые могут оказаться под напряжением).
Датчики давления с четырёхпроводной схемой не допускают неправильного включения; в этом случае они выходят из строя. Кроме того, заземление приборов (датчика, источника питания, системы сбора) в этом случае должно выполняться с особой осторожностью, чтобы не допускать появления напряжений и токов, которые могут вывести из строя подключенные приборы.
Рис.3.1-5.
(Схема подключения группы четырехпроводных датчиков)
На рис. 3.1-5 показана схема подключения группы четырехпроводных датчиков с объединением одного из полюсов нагрузок. В данном включении каждый датчик должен питаться от отдельного источника питания, либо от многоканального блока питания с гальваническим разделением каналов.
Возможно включение группы четырехпроводных датчиков с одним источником питания, как показано на рис.3.1-6.
Рис.3.1-6.
(Схема подключения группы четырехпроводных датчиков с одним источником питания)
Включение датчиков по этой схеме оправдано, если в качестве нагрузок используются гальванически развязанные измерительные или регистрирующие приборы. В схеме подключения с коммутацией сигналов с нагрузочных резисторов на общий вход системы сбора данных необходимо выполнить следующие условия: коммутация должна выполнятся электромеханическими переключателями, и переключение с одного резистора нагрузки на другой должно выполнятся с паузой. Применение электронных коммутаторов затруднено, поскольку выводы нагрузочных резисторов находятся под значительным потенциалом относительно полюсов источника питания, величина которого, кроме того, зависит от построения схемы конкретного типа датчика. Одновременное замыкание ключей хотя бы в двух каналах неминуемо приведет к отказу датчиков.
3.2. Место прокладки линии связи
Провода, соединяющие датчик с остальными приборами, составляют линию связи, которая не должна прокладываться вблизи сильноточных электрических цепей. Сильноточные электрические цепи являются не только источником помехи, но и источником эдс, напряжение которой, складываясь с напряжением источника питания, приводит к появлению высокого напряжения и пробою датчиков. Источником высоковольтных импульсов напряжения (из-за наводок в линии связи) могут стать грозовые разряды. Поэтому в местах, где возможно воздействие грозовых разрядов, необходимо применять специальные меры защиты (например, использовать блоки грозозащиты или датчики со встроенными блоками грозозащиты, которые выпускаются нашим предприятием).
3.3. Подключение датчика к линии связи
Правильное подключение датчика к линии связи особенно важно в случаях, когда датчик необходимо защитить от попадания воды и влаги. В этом случае датчик должен быть выбран с сальниковым вводом (прямой, угловой), а линия связи в месте ввода в датчик должна быть выполнена кабелем круглого сечения с требуемым количеством жил. Подключение кабеля к контактной колодке производится в соответствии с рисунком 3.3-1 в следующей последовательности.
Рис.3.3-1
Разделывается кабель 6, снимается крышка 1, закрепленная двумя невыпадающими винтами, выворачивается гайка 5 сальника и извлекается металлическая шайба 4 и резиновая прокладка 3. В прокладке 3 строго посередине пробивается отверстие по внешнему диаметру кабеля или на 0,5 мм больше. На разделанный кабель одеваются гайка 5, шайба 4 и прокладка 3. Кабель с элементами уплотнения вставляется в отверстие сальника в соответствии с рис. 3.3-1. Ослабляются винты 7 контактной колодки 2. Оголенный проводник жилы вставляется между пластинкой 8 и контактом, заворачивается винт 7. Крышка 1 устанавливается на место и закрепляется винтами. Герметизация кабельного ввода производится закручиванием гайки 5 таким образом, чтобы прокладка туго обжимала кабель.
Необходимо помнить, что крышка имеет три места, через которые может проникнуть вода и влага:
Ввод кабеля герметизируется сальниковым уплотнением, винты – резиновыми кольцами, которые на них одеты, сама крышка – резиновым кольцом в основании крышки. Нарушение герметичности в любом из указанных мест может привести к отказу датчика из-за попадания в него воды. Поэтому необходимо следить, чтобы резиновые уплотнители были в наличии, а оба винта крышки и гайка сальника достаточно хорошо затянуты.
Очень часто в местах прохождения кабеля имеются зоны, где образуется конденсат (например, трубы с холодной водой). Капли конденсата, попадая на кабель, стекают по нему на крышку датчика и при недостаточно хорошем уплотнении попадают под крышку и далее в датчик. В таких случаях желательно, чтобы до ввода в датчик кабель имел ниспадающую петлю, которая предотвратит стекание воды в датчик по кабелю.
ВНИМАНИЕ: Если при монтаже датчика по какой-либо причине допущено нарушение в уплотнении сальника, необходимо принять дополнительные меры по защите кабельного ввода от попадания воды и влаги. Однако, в этом случае предприятие не несёт ответственности за отказ датчика, вызванный попаданием в него воды.
3.4. Включение датчика и проверка его работоспособности.
Перед включением датчика необходимо проверить:
Невыполнение любого из указанных условий может привести к отказу датчика.
Напряжение между корпусом и питающими, сигнальными шинами может явиться источником помех, а при большой величине, если оно превышает напряжение пробоя изоляции датчика, приводит к его отказу.
Если все указанные требования выполнены, то производится включение датчика, т.е. подача питающего напряжения на него. О работоспособности датчика можно судить по его выходному сигналу при нулевом избыточном давлении (штуцер датчика соединён с атмосферой). Выходной сигнал зависит от типа применяемого датчика (ДИ, ДА, ДВ, ДИВ), от вида унифицированного сигнала датчика (4-20 мА, 0-5 мА, 0-5 В), от диапазонов измеряемых давлений.
Датчики избыточного давления (ДИ), имеющие нижний предел измеряемого избыточного давления равный нулю, так же как и датчики разрежения (ДВ), должны иметь выходной сигнал, соответствующий нижней границе его выходного сигнала (4 мА, 0 мА, 0 В). Если нижний предел измеряемого избыточного давления датчиков ДИ не равен нулю, то выходной сигнал будет всегда иметь меньшую величину. Отсутствие выходного сигнала у датчиков с выходом 4-20 мА, как правило, свидетельствует об обрыве в соединительных цепях, плохом контакте в местах соединений, в том числе и в контактной колодке датчика (не зажат провод, окисная плёнки на контактах из-за долгого хранения) и т.п.
Датчики абсолютного давления (ДА), так же как и датчики избыточного давления- разрежения (ДИВ), всегда имеют выходной сигнал больше, чем нижняя граница выходного сигнала.. “Добавку” (Д) к выходному сигналу датчика ДА можно ориентировочно рассчитать, зная верхний предел измеряемого давления датчика (Рн) в МПа и диапазон (В) выходного сигнала (16 мА для датчика с выходом 4-20 мА, 5 мА для датчика с выходом 0-5 мА, 5 В для датчика с выходом 0-5 В).
Д= В*0,1/Рн
Особый класс составляют высокотемпературные датчики давления, нижний предел выходного сигнала которых устанавливается только при достижении рабочей температуры измеряемой среды (равной середине диапазона температурной компенсации). Проконтролировать работоспособность датчика в этом случае можно по данным из паспорта, в котором указывается значение начального выходного сигнала при комнатной температуре.
Если выходной сигнал не соответствует паспортным данным, необходимо дополнительно проверить напряжение питания непосредственно на клеммах датчика. Для датчика с выходом 4-20 мА оно должно лежать в пределах 12В…36В, для остальных датчиков 24В…36В.
Если выходной сигнал датчика нестабилен, то, как правило, это связано с наличием сильных электромагнитных помех или помех между корпусом и питающими, сигнальными шинами. Во многих случаях избавиться от этого можно с помощью установки конденсатора между корпусом датчика и контактом питания на контактной колодке датчика. Соединение должно иметь минимальную длину, индуктивность и выполнено с учётом требований, предъявляемым к высокочастотному монтажу. Для подавления высокочастотных помех достаточно высокочастотного конденсатора емкостью 300-500 пф., дли подавления низкочастотной помехи – конденсатора типа К73-17 емкостью 1,0-2,0 мкф. Существуют другие более эффективные, но более трудоёмкие способы защиты от помех, которые описаны в технической литературе.
Из сказанного следует, что перед установкой датчика на рабочее место желательно проверить его работоспособность в лабораторных условиях. В этом случае неработоспособность датчика, выявленная после установки его на рабочее место, укажет на то, что отказ произошёл во время установки из-за нарушений правил эксплуатации обслуживающим персоналом.
Если после установки или во время эксплуатации датчик оказался неработоспособным, его необходимо снять, автономно проверить в лабораторных условиях, составить акт об отказе датчика, оформить рекламацию (4.2), выслать датчик вместе с рекламацией изготовителю.
Если выходной сигнал находится в допуске, то датчик готов к работе. При правильной установке датчика и его эксплуатации датчик работает надёжно и не требует регулировок. Необходимо помнить, что датчик является высокоточным прибором и требует соответствующего обращения. Обслуживающий персонал должен быть обучен для работы с ним.
Содержание
4. Отказы датчиков
4.1.Отказы датчиков по вине потребителя.
4.1.1. Перегрузка давлением.
Отказы датчиков по этой причине происходят при подаче на датчик давления, значительно превышающего предельно допустимое.
Данное нарушение наблюдаются, как правило, у потребителей, использующих датчики для измерения давления в системах горячего, холодного водоснабжения и теплосетях. В большинстве случаев потребитель не догадывается о допущенном нарушении, так как оно, как правило, не фиксируется приборами учёта, установленными в системах.
Речь идёт о локальном изменении давления в месте установки датчика. Причины, по которым может возникнуть высокое локальное статическое или динамическое давление, приведены ниже.
Кроме того, большие статические давления могут возникнуть:
Высокое динамическое давление может возникать при наличии динамических, кратковременных процессов (резонансные гидравлические явления, гидроудары), возникающих при изменении потока протекающей жидкости (заполнение системы, отключение воды и т.п.) и определяется состоянием и свойствами измеряемой среды (1.3). В этом случае многое зависит от места установки датчика. Мембрана датчика малоинерционна и поэтому “отрабатывает” самые кратковременные броски давления. При этом усреднённое значение давления может сильно не изменяться. Поэтому не происходит разрушение трубопроводов и не фиксируется значительное повышение давления приборами учёта, установленными для обслуживания системы.
Данное нарушение выявляется при анализе отказа датчика на предприятии-изготовителе. Проведённые на предприятии специальные испытания на разрушение показали, что необратимые изменения в датчике начинают происходить при перегрузках, превышающих номинальное давление в 3…10 раз.
В зависимости от величины допущенной перегрузки в датчике могут произойти следующие необратимые изменения:
Указанные изменения могут происходить только по вине потребителя, так как КАЖДЫЙ датчик в процессе изготовлении и при проведении приёмо-сдаточных испытаний проверяется на влияние перегрузки. Датчики давления выдерживают 1,5 кратные перегрузки без изменения метрологических характеристик.
4.1.2. Высокое напряжение.
Это вид отказов связан с нарушениями по электрическому подключению датчика (3) и происходит при подаче на датчик напряжения, значительно превышающего предельно допустимое.
Существуют два вида данного нарушения правил эксплуатации:
Даже при применении стабилизированного источника питания высокое напряжение может возникнуть из-за наводок в соединительном кабеле, которые возникают при грозовых разрядах, а также при изменении тока в сильноточных силовых цепях, расположенных в непосредственной близости от кабеля.
Изготовитель гарантирует работу датчика при напряжении питания до 36В включительно. Дополнительные исследования показали, что датчик выдерживает кратковременное увеличение напряжения питания до 65В.
Допустимое напряжение между корпусом и питающими или сигнальными шинами, определяется электрической прочностью изоляции, которая проверяется при напряжении 500В (50 Гц) с выдержкой в течение 1 минуты.
При наличии высокого напряжения между корпусом и питающими или сигнальными шинами происходит электрический пробой тензопреобразователя, который приводит к выходу из строя электрорадиоэлементов (ЭРЭ) электронного блока.
При высоком напряжении в цепях питания отказывает электронный блок из-за электрического пробоя ЭРЭ.
4.1.3. Неправильное электрическое подключение
Отказ датчика по этой причине происходит, когда потребитель ошибается при электрическом подключении датчика (3.1).
В случае, когда используется двухпроводная схемы включения, отказа датчика не происходит, так как в нем предусмотрена защита от изменения полярности питания.
Для 3- и 4-проводных схем включения также предусмотрены эта и другие виды защит, однако они не исчерпывают всех вариантов неправильного подключения датчика. В связи с этим может произойти отказ датчика из-за электрического или теплового пробоя ЭРЭ.
4.1.4. Попадание жидкости
Отказы датчиков по этой причине связаны с тем, что проводящая жидкость попадает внутрь датчика, выводя из строя электронный блок и тензопреобразователь.
Проникновение жидкости в датчик обусловлено следующими причинами:
В большинстве случаев потребители неправильно выполняют заделку кабеля:
В первых двух случаях герметизация кабельного соединения принципиально невозможна. Кабель и отверстие в резиновой прокладке должны быть круглого сечения определённых размеров.
В третьем случае кабельный ввод сознательно не герметизируется.
В результате указанных нарушений электропроводящая жидкость попадает на контактную колодку и искажает показания датчика, так как появляется электрическая цепь, параллельная электрическим цепям датчика. При долгом нахождении жидкости на контактной колодке происходит коррозия металлических частей, несмотря на имеющееся покрытие. Кроме того, постоянное присутствие жидкости на контактной колодке проводит к проникновению её внутрь датчика. Наличие жидкости в полости датчика вызывает электролитическое разрушение алюминиевых проводников, разваренных на кристалл тензопреобразователя. При достаточном количестве жидкости проводники при включенном питании разрушаются за 10 минут и датчик приходит в полную негодность. Даже небольшое количество жидкости, попавшее в датчик, долго не высыхает, так как находится в достаточно герметичном объёме. В результате происходит сильная коррозия металлических частей и электролитическое разрушение металлических деталей, стойких к коррозии. Проводящая жидкость, продукты электролиза и коррозии выводят электронный блок из строя и резко снижают сопротивление изоляции.
Эксплуатация датчика в условиях, не отвечающих требованиям категории размещения, также приводит к проникновению жидкости внутрь датчика с аналогичными последствиями.
4.1.5. Загрязнение
Этот вид отказов происходит при:
В первом случае грязь, попадая на контактную колодку датчика, образует проводящую электрическая цепь, параллельную электрическим цепям датчика и таким образом искажает его показания.
Во втором случае твёрдые частицы загрязнённой измеряемой среды, попадая в штуцер, скапливаются в полости, которая расширяется по конусу к мембране (в датчиках на малые пределы измерений). По мере накопления эти частицы уплотняются и начинают давить на мембрану, внося искажения в показания датчика.
4.1.5. Ошибочная браковка
В некоторых случаях потребители ошибочно бракуют и возвращают датчики, которые при проверке у изготовителя не подтверждают свой брак. Причины, по которым потребитель ошибочно бракует работоспособные датчики, могут самые разные.
Самая распространённая причина, когда потребитель, зафиксировав отказ датчика в измерительной системе, не производит автономной проверки датчика в лабораторных условиях. В этом случае любые нарушения в работе измерительной системы, неисправности в линии связи и т.п. могут быть зафиксированы как отказ датчика.
В ряде случаев, когда потребитель эксплуатирует датчик не в тех условиях (давление, температура), он естественно получает не те результаты, на которые рассчитывает.
Например, высокотемпературный датчик при комнатной температуре будет иметь выходной сигнал, значительно отличающийся от того, который он имеет в рабочем диапазоне температур.
4.2. Рекламации, ремонт
Рекламации на отказавшие датчики давления составляется в период их гарантийного обслуживания в соответствии с требованием паспорта на датчик. В акте, который составляется потребителем, должна быть обязательно указана причина, по которой он забраковал датчик, и условия его эксплуатации. Это позволит у изготовителя воспроизвести отказ датчика и установить причину отказа, а также избежать ненужных исследований, если датчик забракован ошибочно (4.1.5).
Рекламационная документация вместе с датчиком высылается изготовителю, который анализирует причины отказа датчика. В случае отказа по вине изготовителя производится гарантийный ремонт или замена датчика за счёт изготовителя. Если датчик отказал по вине потребителя (4.1), то потребитель уведомляется об этом. Датчик по желаю потребителя может возвращён потребителю или обменен на новый по льготной цене (80%). Датчики давления, отказавшие по вине потребителя, или у которых истёк срок гарантии, считаются не гарантийными.
Предприятие не производит ремонт не гарантийных датчиков, возможна только их замена по льготной цене. При этом заполнения рекламационной документации не требуется. В сопроводительном письме нужно указать, что датчики присланы на обмен по льготной цене. Желательно указать условия эксплуатации, чтобы на предприятии можно было проанализировать причины выхода датчика из строя.
Содержание
PTE5000C-004-М20-С Датчик давления 0…4 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В пути Датчик давления 0…4 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В пути | 3 740 | Купить |
PTE5000C-004-G1/2-С Датчик давления 0…4 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В пути Датчик давления 0…4 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В пути | 3 820 | Купить |
PTE5000C-004-G1/4-С Датчик давления 0…4 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В пути Датчик давления 0…4 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В пути | 3 900 | Купить |
PTE5000C-006-М20-С Датчик давления 0…6 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В наличии Датчик давления 0…6 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В наличии | 3 740 | Купить |
PTE5000C-006-G1/2-С Датчик давления 0…6 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В наличии Датчик давления 0…6 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В наличии | 3 820 | Купить |
PTE5000C-006-G1/4-С Датчик давления 0…6 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В наличии Датчик давления 0…6 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В наличии | 3 900 | Купить |
PTE5000C-010-М20-С Датчик давления 0…10 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В наличии Датчик давления 0…10 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В наличии | 3 740 | Купить |
PTE5000C-010-G1/2-С Датчик давления 0…10 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В пути Датчик давления 0…10 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В пути | 3 820 | Купить |
PTE5000C-010-G1/4-С Датчик давления 0…10 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В наличии Датчик давления 0…10 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В наличии | 3 900 | Купить |
PTE5000C-016-М20-С Датчик давления 0…16 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В наличии Датчик давления 0…16 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, М20*1,5 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В наличии | 3 740 | Купить |
PTE5000C-016-G1/2-С Датчик давления 0…16 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В пути Датчик давления 0…16 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/2 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В пути | 3 820 | Купить |
PTE5000C-016-G1/4-С Датчик давления 0…16 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С В наличии Датчик давления 0…16 бар, точность 0,5%, выход 4…20 мА, G1/4 наружная резьба, питание 10…30 V DC, -20..+100 град С Датчики давления общепромышленного назначения ELHART | В наличии | 3 900 | Купить |
ЭЛМЕТРО | Газовые технологии
- Предназначен для точного воспроизведения и измерения давления/разрежения и электрических сигналов постоянного тока.
- Диапазон давлений от 2,5 кПа до 60 МПа.
- Диапазоны электрических сигналов
- измерение 0…24мА, 0…1 В, 0…50 В;
- воспроизведение 0…24мА, 0…1 В;
- Погрешность измерений:
- давления от ±0.03% ИВ
- по току от ±0.01% диапазона
- Обеспечивает поверку точных датчиков c γ=0.1% и более.
- Встроенный блок питания 24 В поверяемых датчиков.
- Встроенный HART-совместимый интерфейс с интеллектуальными датчиками.
- Внесен в Госреестр средств измерений.
Калибратор давления портативный Элметро-Паскаль-02 предназначен для точного воспроизведения и измерения давления/разрежения и электрических сигналов постоянного тока. Применяется в качестве рабочего эталона при поверке/калибровке датчиков давления, манометров и других приборов давления – как в лаборатории, так и непосредственно на месте эксплуатации (“в поле”). Функция архивации и интерфейс с ПК позволяют автоматически сформировать протокол поверки. Функция генерации и симуляции выходного токового сигнала датчика позволяет проконтролировать состояние и погрешность каналов связи вторичных приборов и контроллеров.
Калибратор давления (КД) может быть подключен к компьютеру через USB соединение. Это позволяет управлять работой КД с персонального компьютера, а также автоматизировать процесс формирования протокола поверки (калибровки) датчиков давления, образцовых манометров, вести базу данных этих поверяемых приборов. Протокол содержит: общие технические сведения, условия поверки, технические характеристики, график измерения погрешности и параметры поверки. Форма протокола доступна для редактирования пользователем.
Типичная схема подключения калибратора давления
Рис.1. Схема подключения калибратора давления при измерении выходного токового сигнала
а) датчик 4…20 мА с подачей питания при 2-х проводной схеме подключения датчика; б) датчик 0…5 мА, 0…20 мА с подачей питания при 4-х проводной схеме подключения датчика
Рис.1. Схема подключения калибратора давления при измерении выходного токового сигнала
а) датчик 4…20 мА с подачей питания при 2-х проводной схеме подключения датчика; б) датчик 0…5 мА, 0…20 мА с подачей питания при 4-х проводной схеме подключения датчика
Таблица 1. Типы модулей давления, диапазоны и поддиапазоны измерений, предельно допустимое избыточное давление.
Таблица 2. Общие технические характеристики контроллера давления.
| Параметр | Значения параметра |
|---|---|
| Диапазон рабочих температур | -10…50 ºС |
| Относительная влажность | от 30 до 80% |
| Электрическое питание прибора | (220+22/-33)В; 50 ±1 Гц Аккумулятор 5×1.2В |
| Питание поверяемого датчика | 24 В x 20 мА |
| Интерфейс связи с компьютером | RS-232 / USB |
| Габаритные размеры | 207 x 100 x 35 мм |
Пример заказа калибратора давления
Порядок записи условного обозначения КД при его заказе и в документации другой продукции, где он может быть применен:
| ЭЛМЕТРО-Паскаль-02 | Б40/В07Р/Д02А | USB | PV411-НР/СPP30 | ПК |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
- Наименование калибратора.
- Код эталонных модулей давления (опция).
- Код адаптера интерфейса USB с ПК (опция).
- Код источников задания давления (опция).
- Код комплектации ноутбуком.
Документация
Типы проводки передатчика4-20 мА: 2-проводная, 3-проводная и 4 провода
Пользовательский поиск
Современные электронные датчики процесса – давления, температуры, расхода и уровня подключаются с помощью проводов различных типов или конфигураций. Эти методы подключения очень важны для инженеров / техников по приборам. Типы 2 – Wire, 3 – Wire и 4 – Wire часто используются для описания метода подключения электронных преобразователей.Однако в современном быстро развивающемся технологическом мире передатчик 2-проводного типа является наиболее распространенным. Очевидно, это из-за огромной экономии на проводке и других преимуществ, которыми он обладает по сравнению с другими конфигурациями проводов передатчика.
Двухпроводные преобразователи :
Они самые простые и экономичные, и их следует использовать везде, где позволяют условия нагрузки. Их часто называют инструментами с питанием от контура. В 2-проводной системе единственным источником питания передатчика является сигнальный контур.Конечного нулевого тока 4 мА достаточно для управления внутренней схемой преобразователя, а ток от 4 до 20 мА представляет собой диапазон измеряемой переменной процесса. Источник питания и приборы обычно устанавливаются в диспетчерской. На схематической диаграмме ниже показана конфигурация проводного передатчика:
Трехпроводные преобразователи :
Некоторым передатчикам требуется больше мощности, чем сигнальный контур (4-20 мА.и т. д.) могут поставлять свои внутренние схемы. Общий провод постоянного тока проходит от прибора к передатчику. Это позволяет передатчику потреблять любую необходимую мощность от источника питания и создавать требуемый ток сигнала на выходе передатчика. Принципиальная схема 3-проводного передатчика показана ниже:
Четырехпроводные преобразователи :
4-проводные передатчики имеют собственный внутренний источник питания, поэтому их часто называют приборами с автономным питанием.Они не требуют подключения к источнику постоянного тока. Источники 120 В переменного тока подключаются только к принимающему прибору. Они часто используются, когда к нагрузке источников постоянного тока добавляется прибор. Недостаток – необходимость в сети переменного тока на месте установки прибора. Ниже показана конфигурация проводов четырехпроводного передатчика:
Обратите внимание, что во всех конфигурациях проводов передатчика, показанных выше, используется нагрузочный резистор 250 Ом. Обычно контроллеры процесса, используемые в измерительных системах, не оборудованы для прямого приема входных миллиамперных сигналов, а скорее сигналов напряжения.По этой причине к входным клеммам контроллеров подключен прецизионный резистор для преобразования токовых сигналов от передатчиков в стандартизованные аналоговые сигналы напряжения, понятные контроллерам.
Диапазон сигнала напряжения от 1 до 5 вольт является стандартным, хотя некоторые модели контроллеров используют разные диапазоны напряжения и, следовательно, требуют других значений прецизионного резистора. Если диапазон напряжения составляет 1-5 вольт, а диапазон тока составляет 4-20 мА, значение прецизионного резистора должно быть 250 Ом.
В конфигурациях проводов передатчика, описанных выше, предполагается, что используются диапазон сигнала напряжения 1–5 В и стандартный сигнал тока 4–20 мА.
Проводка датчика давления 4-20 мА
Принцип работы
Рисунок 1
Это типичное использование двухпроводных датчиков давления 4-20 мА. для большинства клиентов показано на рисунке 1. После включения датчика давления ток контура пропорционален давлению, чтобы генерировать сигнал 4-20 мА. сбор давления.Ток протекает через резистор выборки (обычно 100 Ом, 250 Ом), который последовательно подключается к контуру, а затем преобразуется в сигнал напряжения, используемый для внутренней системы сбора данных. Как правило, резисторы для отбора проб будут интегрированы в устройство для сбора данных.
Рисунок 2
Это схема моделирования реального приложения на рис. 2. Синяя стрелка указывает текущий ток 4-20 мА. При использовании мультиметра в качестве устройства для сбора данных сопротивление выборки составляет 250 Ом, нулевой ток составляет 4 мА, а измеренное напряжение составляет около 0.997 В (0,004 мА × 250 Ом = 1 В). )
Неисправности и решения
Общая неисправность № 1: Сигнал давления не собирается, и значение явно ненормальное.
У этой проблемы много причин, например, проблемы с оборудованием для сбора данных, ошибки в проводке или проблемы с качеством продукции. Чтобы решить эту проблему, сначала убедитесь, что передатчик работает нормально после включения;
Решения:
а.Проверить проводку:
Проверьте проводку в соответствии с этикеткой на корпусе преобразователя или в руководстве. Для наших продуктов, как правило, черный провод подается на питание, а красный провод имеет положительный вывод.
Если вы обнаружите, что провод перевернут, не беспокойтесь о повреждении. Обычные продукты имеют антиреверсивную конструкцию, и, пожалуйста, повторно подключите проводку, чтобы устранить проблему.
г. Напряжение измерения:
После проверки проводки настройте мультиметр на значение напряжения, чтобы измерить напряжение между положительным и отрицательным выходом преобразователя.Значение напряжения должно быть в пределах диапазона напряжения питания преобразователя, который указан на этикетке продукта или в руководстве по эксплуатации.
Если измеренное значение напряжения неверно, проверьте исправность оборудования.
c: Ток измерительной петли:
Отключите передатчик «положительный выход», настройте мультиметр на текущую серию положений в токовой петле, чтобы проверить значение тока петли. Как правило, состояние без давления составляет около 4 мА (нижний предел диапазона датчика избыточного давления равен 0).
При выполнении вышеуказанного теста обратите внимание на настройку положения тока и напряжения мультиметра. См. Настройки двух вышеупомянутых мультиметров.
После трех шагов, описанных выше, поскольку мультиметр работает нормально для тестирования, если значение тока контура все еще не составляет около 4 мА (точность 0,5% полной шкалы, 3,92 ~ 4,08 мА), сначала это может быть расценено как неисправность изделия, пожалуйста свяжитесь с отделом послепродажного обслуживания для дальнейшего анализа.
Общая неисправность No. 2: Тест датчика неточный, выходит за пределы допуска, давление не меняется и т. Д.
Решения:
(1) Рекомендуется статически поднять изделие в воздух, чтобы проверить, в норме ли напряжение источника питания. Поместите продукт в вертикальном направлении, проверьте ток цепи, является ли точность 4 мА. Для продуктов с точностью 0,5% полной шкалы нулевой ток должен находиться в пределах от 3,92 до 4,08 мА.
(2) Если нулевой ток продукта является нормальным, рекомендуется проверить, исправно ли оборудование, открыт ли запорный клапан, заблокирован ли напорный трубопровод и т. Д.
(3) Проверьте чувствительную к давлению диафрагму преобразователя. Если диафрагма повреждена, преобразователь следует возвращать на завод только для ремонта;
(4) Если указанные выше решения не могут решить проблему, обратитесь в отдел послепродажного обслуживания для дальнейшего анализа.
Кроме того, мы суммировали 4 типичных устранения неполадок датчиков давления 4 ~ 20 мА постоянного тока, чтобы помочь клиентам быстро решить проблемы на месте, как показано ниже.
3. Нет отображения, нет вывода
Проверка и проверка | Решения |
Проверьте, не реверсирован ли источник питания. | Поставьте правильно. |
Проверьте источник питания датчика давления, если он составляет 24 В постоянного тока. | Убедитесь, что на датчик давления подается питание ≥12 В (интеллектуальный тип) ≥ 15 В (общий тип). Если нет источника питания, проверьте, не разорвана ли цепь, и определите сопротивление выборки вторичного прибора / ПЛК (входное сопротивление должно быть ≤250 Ом). |
Если это отображаемый датчик давления, проверьте, не поврежден ли индикатор (сначала вы можете замкнуть два провода индикатора. Если это нормально после короткого замыкания, это означает, что индикатор поврежден). | Заменить индикатор. |
Подключите амперметр к цепи питания 24 В и проверьте, нормальный ли ток. | Если это нормально, датчик давления исправен. В этом случае проверьте, исправны ли другие приборы в цепи. |
Проверьте, не ослаблена ли проводка. | Сделайте его затянутым и хорошо соединенным. |
Убедитесь, что источник питания правильно подключен к входной клемме питания. | Подключите к клемме источника питания правильно в соответствии с требованиями к источнику питания. |
4. Выходной сигнал датчика давления составляет ≥20 мА.
Проверка и проверка | Решения |
Проверить исправность электропитания датчика давления. | Если оно меньше 12 В постоянного тока, проверьте, нет ли большой нагрузки в цепи.Допустимая нагрузка датчика давления должна соответствовать RL ≤ (напряжение питания датчика -12 В) / (0,02 А) Ом. |
Проверить, не превышает ли фактическое давление пределы полного диапазона. | Замените датчик давления на соответствующий диапазон. |
Проверить, не поврежден ли датчик давления. Сильная перегрузка иногда приводит к повреждению изолированной диафрагмы. | Верните преобразователь давления на завод для обслуживания. |
Проверьте правильность подключения электропитания. | Неправильно поставил. |
5. Выходной сигнал датчика давления ≤4 мА.
Проверка и проверка | Решения |
Проверить исправность электропитания датчика давления. | Если оно меньше 12 В постоянного тока, проверьте, нет ли большой нагрузки в цепи. Допустимая нагрузка датчика давления должна соответствовать RL≤ (напряжение питания датчика -12 В) / (0,02 А) Ом. |
Проверить, не ослаблена ли проводка, что приводит к увеличению контактного сопротивления. Это эквивалентно увеличению нагрузки. | Подключите провод и затяните его, нагрузка в соответствии с RL≤ (напряжение питания передатчика -12В) / (0.02A) Ом. |
Проверить, превышает ли фактическое давление выбранный диапазон датчика давления. | Замените датчик давления на соответствующий диапазон. |
Проверить, не поврежден ли датчик давления. Сильная перегрузка иногда приводит к повреждению изолированной диафрагмы | Верните преобразователь давления на завод для обслуживания |
6.Неправильный дисплей / выходной сигнал с ошибкой.
Проверка и проверка | Решения |
Проверить исправность электропитания датчика давления. | Если оно меньше 12 В постоянного тока, проверьте, нет ли большой нагрузки в цепи. Допустимая нагрузка датчика давления должна соответствовать RL ≤ (напряжение питания датчика -12 В) / (0.02A) Ом. |
Проверьте правильность значения эталонного давления. | Замените датчик давления того же типа. Если ошибка повторяется, проверьте эталонный датчик давления. Если точность измерителя низкая, вам необходимо заменить инструмент с большей точностью. |
Проверьте, соответствует ли диапазон вторичного измерителя диапазону преобразователя давления. | Отрегулируйте диапазон вторичного прибора, чтобы убедиться, что он соответствует диапазону датчика давления. |
Емкость нагрузки датчика давления должна соответствовать RL≤ (напряжение питания датчика -12 В) / (0,02 А) Ом. | Если это не так, примите меры в соответствии с различными условиями: например, повышение напряжения источника питания (но должно быть ниже 36 В постоянного тока), уменьшение нагрузки и т. Д. |
Проверить надежность заземления соответствующего корпуса устройства. | Если нет, надежно заземлите. |
Проверить, есть ли на объекте отдельно сильное и слабое электричество. | Убедитесь, что проводка правильная и разумная, чтобы избежать помех для нестабильности / ошибки сигнала датчика давления. |
Мембрана датчика давления легко деформируется. Перегрузка и твердые предметы могут повредить изолированную диафрагму. | Верните преобразователь давления на завод для обслуживания. |
Проверьте трубопровод Если в трубопроводе есть примеси, это может повлиять на точность измерения. | Очистите от загрязнений и установите сетку фильтра перед портом давления. |
Свяжитесь с нами
Micro Sensor предоставляет решения для практического промышленного применения, свяжитесь с нами по адресу [email protected] , и мы готовы предложить вам продукты и решения с индивидуальным дизайном!
Назад к основам: основы токовых петель 4–20 мА
Теперь, когда вы понимаете, как и почему используется ток, вы можете начать понимать, для чего именно предназначена петля.
Рисунок 4. Компоненты токовой петли 4–20 мА
1. Датчик
Во-первых, необходим какой-то датчик, который измеряет переменную процесса. Датчик обычно измеряет температуру, влажность, расход, уровень или давление. Технология, используемая в датчике, будет сильно различаться в зависимости от того, что именно он предназначен для измерения, но это не имеет отношения к данному обсуждению.
2. Преобразователь
Во-вторых, независимо от того, какой датчик контролирует, должен быть способ преобразования его измерения в токовый сигнал от четырех до двадцати миллиампер.Здесь в игру вступит передатчик. Если, например, датчик измерял высоту пятидесятифутового резервуара, передатчик должен был бы преобразовать ноль футов в то, что резервуар пустой, а затем передать сигнал в четыре миллиампера. И наоборот, он будет переводить пятьдесят футов как полный бак и затем передавать сигнал в двадцать миллиампер. Если бы резервуар был наполовину заполнен, передатчик подал бы сигнал на половине пути, или на двенадцати миллиамперах.
3. Источник питания
Для того, чтобы генерировался сигнал, должен быть источник энергии, так же как в аналогии с водяной системой должен быть источник давления воды.Помните, что источник питания должен выдавать постоянный ток (это означает, что ток течет только в одном направлении).
Существует много стандартных напряжений, которые используются с токовыми контурами 4–20 мА (9, 12, 24 и т. Д.), В зависимости от конкретной настройки. Принимая решение о том, какое напряжение источника питания использовать для вашей конкретной установки, обязательно учитывайте, что напряжение источника питания должно быть как минимум на 10% больше, чем общее падение напряжения на подключенных компонентах (передатчик, приемник и даже провод).Использование неподходящих блоков питания может привести к выходу оборудования из строя.
4. Контур
В дополнение к соответствующему источнику постоянного тока, также должен быть контур, который относится к фактическому проводу, соединяющему датчик с устройством, принимающим сигнал 4-20 мА, а затем обратно к передатчику. Токовый сигнал в контуре регулируется датчиком в соответствии с измерением датчика. Этот компонент обычно упускается из виду при настройке токовой петли, потому что провод является неотъемлемой частью любой современной электронной системы, но его следует учитывать при изучении основ.Хотя сам провод является источником сопротивления, вызывающего падение напряжения в системе, обычно это не вызывает беспокойства, поскольку падение напряжения на участке провода незначительно. Однако на больших расстояниях (более 1000 футов) он может составлять значительную сумму, в зависимости от толщины (калибра) провода.
5. Приемник
Наконец, где-то в петле будет устройство, которое может принимать и интерпретировать текущий сигнал. Этот сигнал тока должен быть преобразован в единицы, которые могут быть легко поняты операторами, такие как футы жидкости в резервуаре или градусы Цельсия жидкости.Это устройство также должно либо отображать полученную информацию (для целей мониторинга), либо автоматически что-то делать с этой информацией. Цифровые дисплеи, контроллеры, приводы и клапаны – это обычные устройства, которые можно включить в контур.
Эти компоненты – все, что нужно для замыкания токовой петли 4–20 мА. Датчик измеряет переменную процесса, передатчик переводит это измерение в текущий сигнал, сигнал проходит по проводной петле к приемнику, а приемник отображает или выполняет действие с этим сигналом.
Как подключить датчик давления в токовой петле 4–20 мА
Все устройства, подключенные для создания токовой петли от 4 до 20 мА, подключаются последовательно.
К устройствам, которые обычно подключаются вместе, относятся:
- Датчик давления
- Устройство ввода для приема сигнала от датчика давления, такого как программируемый логический контроллер (ПЛК), контроллер, панельный измеритель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) или блок формирования сигнала (SCU)
- Источник питания датчика для питания датчика давления, такого как программируемый блок питания, блок питания постоянного тока (БП), трансформатор переменного / постоянного напряжения или аккумулятор постоянного тока
Сопутствующие товары
Запросите информацию о сопутствующих продуктах для вашего приложения.
A) Если устройство ввода 4-20 мА включает Внутренний источник питания датчика и имеет 2 входных соединения :
- Подключение положительного (+) входа Подключение к положительному (+) датчику давления Подключение
- Подключение отрицательного (-) входа Подключение к датчику отрицательного (-) давления Подключение
B) Если входное устройство 4-20 мА требует Внешний источник питания датчика и имеет 2 входа соединений:
- Подключите положительный вывод (+) Внешний источник питания датчика подключение к положительному положительному положению (+) Датчик давления подключение
- Подключите отрицательное соединение (-) Датчик давления соединение с положительным (+) входом Соединение
- Подключите отрицательный (-) вход Подключение к Отрицательный (-) Источник питания внешнего датчика подключение
C) Если входное устройство 4-20 мА включает Внутренний источник питания датчика и имеет 2 входа соединений плюс 2 источника питания соединений:
- Подключение положительного (+) внутреннего источника питания датчика Подключение к датчику положительного (+) давления Подключение
- Подключение датчика отрицательного (-) давления Подключение к положительному (+) входу Подключение
- Подключите отрицательный (-) вход Подключение к Отрицательный (-) Внутренний источник питания датчика подключение
Некоторые устройства ввода соединяют отрицательное (-) входное соединение с отрицательным (-) внутренним источником питания датчика через внутреннюю / внешнюю перемычку или перемычку.
Если устройство ввода включает только вход напряжения, его можно легко адаптировать для измерения сигнала 4–20 мА, добавив нагрузочный резистор 250 Ом между положительным (+) и отрицательным (-) входными соединениями. Это вызовет падение напряжения от 1 до 5 В, что прямо пропорционально сигналу 4–20 мА.
Сопутствующие товары
Запросите информацию о сопутствующих продуктах для вашего приложения.
Преобразователи давления– Установка и использование
ПреобразователиOMEGA имеют три основных типа электрических выходов; милливольты (мВ), вольты (В) и ток (мА).Для пользователя важно знать, какой выход подходит для его применения, чтобы обеспечить правильный выбор преобразователя.
Далее будут описаны преимущества, недостатки и схемы подключения датчиков с выходом милливольта, напряжения и тока.
ВЫХОДЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ИХ КОНФИГУРАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ Преобразователи с выходом в милливольтах обычно используются в лабораторных условиях. Они дешевы, имеют небольшой размер и требуют регулируемого источника питания.Помня, что милливольтный сигнал имеет очень низкий уровень, он ограничен короткими расстояниями (до 200 футов обычно считается пределом) и очень подвержен паразитным электрическим помехам от других близлежащих электрических сигналов (другие приборы, линии высокого напряжения переменного тока и т. Д. .). Типичные конфигурации проводки показаны на рисунке 1.
фигура 1 Преобразователи
с усиленным выходным напряжением обычно используются в легкой промышленности и в системах компьютерного интерфейса, где требуется более высокий уровень сигнала постоянного тока.Благодаря встроенному преобразователю сигнала они дороже и больше по размеру, чем выходные преобразователи милливольт. Сигналы с усиленным напряжением могут распространяться на средние расстояния и обладают большей устойчивостью к паразитным электрическим помехам, чем сигнал милливольт. Типичные конфигурации проводки показаны на рисунке 2.
Преобразователь выдает милливольты, усиленное напряжение или выходной ток. Передатчик выдает только токовый выход. Опять же, из-за встроенного преобразования сигнала передатчики дороже и больше по размеру, чем выходные преобразователи милливольт.В отличие от выходных преобразователей милливольт и напряжения, токовый сигнал невосприимчив к любым паразитным электрическим помехам, что является ценным активом на заводе. Токовый сигнал также может передаваться на большие расстояния. Типичные конфигурации проводки показаны на рисунке 3.
ОБРАЩЕНИЕ, УСТАНОВКА И УСТАНОВКА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ фигура 2- A. Мембрана – Не нажимайте и не касайтесь диафрагмы, так как вы можете повредить или изменить ее калибровку, особенно в моделях с низким диапазоном давления.
- B. Фитинги и оборудование – Используйте подходящие фитинги и оборудование, рассчитанные на давление. Убедитесь, что у вас есть подходящий тип резьбы и размер. При необходимости используйте ограничители давления, камеры емкости, демпферы и т. Д.
- C. Эксплуатация при температуре окружающей среды – Расположите датчик в месте, где его можно будет легко проверить и отремонтировать. Температура окружающей среды должна соответствовать техническим характеристикам датчика. Влияние температурного коэффициента на общую точность преобразователя можно свести к минимуму, чем ближе температура окружающей среды к 25 ° C.Избегайте мест с чрезмерной вибрацией.
- D. Установка – Установка должна выполняться только квалифицированным персоналом, знакомым с правилами техники безопасности и знакомым со всеми принятыми отраслевыми стандартами, касающимися систем давления. Калибровка датчика и / или ноль могут смещаться, если при установке он будет чрезмерно затянут. После установки проверьте нулевое смещение. При установке датчиков обращайтесь к стандартным отраслевым данным по крутящему моменту для определения размера резьбы и типа материала.
От одного источника питания можно возбуждать несколько преобразователей. Количество преобразователей, которые можно использовать, просто определяется потребляемым током каждого преобразователя и текущей мощностью источника питания. Сумма потребляемого преобразователями тока не может превышать общую токовую нагрузку источника питания. Например, если у вас есть 50 преобразователей, потребляющих 13 миллиампер, вам понадобится источник питания, имеющий не менее 650 миллиампер (50 x 13).Также нет ничего плохого в том, чтобы подключить только один датчик к источнику питания с высокой допустимой токовой нагрузкой.
Рис. 6. Несколько датчиков подключены к одному измерителю и одному переключателю (датчики со встроенной регулировкой нуля и диапазона, одинаковые выходы и одинаковые диапазоны давления)
Рисунок 7. Преобразование тока в напряжение для контрольно-измерительных приборов, настроенных для измерения напряжения.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ОДНОГО ДАТЧИКА К НЕСКОЛЬКИМ ЧТЕНИЯМ, ЗАПИСИ, КОМПЬЮТЕРАМ И Т.Д.Датчики давления, которые выдают миллиамперные сигналы, могут подключаться к нескольким устройствам последовательно.Тот факт, что они могут передавать сигналы на большие расстояния без помех, упрощает подключение устройства миллиамперного сигнала к нескольким измерительным приборам. На этой схеме показана правильная проводка. Одним из больших преимуществ токового сигнала является простота настройки системы с несколькими инструментами. Передача на большие расстояния от прибора к прибору без электрических помех упрощает работу с мультиинструментальными системами. Например, в центре тестирования материалов может быть одна диспетчерская для всех различных тестовых лабораторий, что позволяет работать из одного центрального пункта.Калибровка прибора и поиск и устранение неисправностей просты в токовой петле с несколькими приборами. Единственное ограничение для количества приборов – это величина напряжения от источника питания, управляющего токовой петлей. Минимальное необходимое напряжение определяется законом Ома, V-IR (напряжение равно току, умноженному на сопротивление). Это показано и поясняется на рисунке 4. Рисунок 4
ГДЕ:
RLINE = сопротивление из-за провода
RLOAD = комбинированные измерительные сопротивления
VsTRANSDUCER = минимальное напряжение питания для преобразователя.
Например, предположим, что у вас есть следующее:
- Датчик давления (4-20 мА) с напряжением питания 12-30 В постоянного тока;
- Панельный измеритель с входным сопротивлением 10 Ом;
- Регистратор с входным сопротивлением 25 Ом;
- Компьютер с входным сопротивлением 200 Ом;
- Подводящий провод сопротивлением 5 Ом.
Минимальное необходимое напряжение = (0,020). (5 + 10 + 25 + 200) + 12 = 16,8 В 24 В – наиболее распространенный источник питания в токовой петле 4-20 мА. Также можно подключить сигнал напряжения или милливольт к нескольким приборам, но это не так просто и не имеет преимуществ калибровки и устранения неисправностей, присущих системе с токовой петлей. Сигнал напряжения или милливольт может быть подключен параллельно к нескольким приборам, как показано на рисунке 5. Этот метод предполагает очень высокий входной импеданс в подключаемых приборах.В противном случае можно использовать аналоговый выход для ретрансляции сигнала.
Практический пример
, если вы подключаете миллиамперный датчик выходного давления PX409 к быстродействующему измерителю технологического процесса DP400TP, вы должны подключить все приборы последовательно. В этом случае DP400TP также может служить источником питания, обеспечивая 12 В или дополнительные 20 В постоянного тока, необходимые для управления устройством PX409.Тестирование системы Устройство PX409 можно запрограммировать по беспроводной сети с помощью устройства ближней связи (NFC), например мобильного телефона.Затем сигнал PX409 может быть подан на измеритель серии PLATINUM, который является еще одним типом измерителя с быстрым откликом. Все измерители PLATINUM имеют выходы USB, поэтому их можно напрямую подключать к компьютеру.
После установки системы вы можете проверить ее работоспособность. Чтобы проверить, выполните следующие три шага:
- Подайте давление на датчик с помощью ручного насоса.
- Следите за изменением давления на всех трех агрегатах.
- Убедитесь, что когда давление станет стабильным и статичным, все три устройства отображают одинаковые показания давления.
При измерении нескольких давлений распространенной ошибкой является попытка использовать несколько датчиков, переключающее устройство и только один панельный счетчик, что позволяет сэкономить деньги на нескольких панельных счетчиках (или любых других приборах). Проблема в том, что каждый преобразователь имеет уникальную нулевую точку, а на индикаторе только один винт нуля.В результате общая точность увеличивается примерно до 3%, даже если точность каждого датчика давления составляет 0,5%. В большинстве случаев такая большая ошибка недопустима.
Правильный метод использования нескольких датчиков с одним устройством считывания – это использование датчиков со встроенными винтами регулировки нуля и диапазона, одинаковым выходным сигналом (напряжение или ток) и одинаковым диапазоном давления. Каждый датчик настраивается путем приложения известного давления, так что все они имеют одинаковые выходные сигналы. Когда все они имеют одинаковые выходы, измеритель масштабируется, и можно использовать переключатель.
Рисунок 6 Еще одно решение для использования нескольких датчиков с одним показанием – использование сканера вместо измерителя и переключателя. Есть много типов сканеров. Тип сканера, который работает с несколькими датчиками давления, должен иметь независимое масштабирование на каждом канале.
Некоторые сканеры, помимо независимого масштабирования на каждом канале, также предлагают независимые входы тока, напряжения или милливольт для каждого канала. Эти типы сканеров позволяют использовать преобразователи с разными выходами, а также с разными диапазонами давления с одним и тем же прибором.
Рис. 2. Типовая конфигурация проводки для выходного преобразователя напряжения (-возбуждение и -сигнал являются общими)
Рис. 1. Типовая конфигурация проводки выходного преобразователя милливольт.
Рис. 3. Типовая конфигурация проводки датчика с токовым выходом.
Рисунок 4. Токовая петля 4-20 мА для нескольких приборов (панельные измерители, самописец, компьютеры и т. Д.)
Требуемое минимальное напряжение = (0,20 А) (R LINE + R LOAD) + Vs ДАТЧИКА
Рисунок 5.Несколько приборов, подключенных параллельно к выходному преобразователю напряжения
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИЛЛИАМПЕРСКОГО СИГНАЛА С ПРИБОРОМ ВХОДА НАПРЯЖЕНИЯ
Большинство приборов настроено на получение напряжения. Часто задаваемый вопрос – как использовать токовый сигнал с приборами, настроенными для измерения напряжения. Это просто делается путем установки резистора на входные клеммы прибора. Номинал резистора определяется законом Ома (V = IR). Например, установка резистора на 500 Ом преобразует 20 мА в 10 вольт (V = IR =.020 х 500). Это показано на рисунке 7. Единственное другое соображение – это смещение нуля. Поскольку большинство токовых петель имеют нижний предел 4 мА, произойдет смещение нуля. При использовании резистора того же номинала, что и выше, 4 мА преобразуются в 2 вольта.
Рисунок 7 R = V / I
Где:
R = размер резистора
В = желаемое напряжение
I = Текущий
Пример:
для преобразования 4-20 мА в 2-10 В
R = V / I = 10 /.02 = 500 Ом Резистор 500 Ом должен быть установлен между (+) и (-) выводами прибора
Монтаж трубы датчика давления
Для установки трубопровода датчика давления требуется профессионал, имеющий практический опыт настройки датчиков давления. Причина выбора профессионального обслуживания заключается в том, что неправильная установка может привести к утечкам жидкости, которые могут быть опасны как для человека, так и для машины.Метод установки и расположение датчика давления будет зависеть от среды под давлением (жидкость, газ или пар) и ориентации трубы.Выбор между внутренним или внешним креплением датчика давления также зависит от настройки.
Техническое обучение Техническое обучениеСтендовые испытания датчика давления серии 3100 с выходом 4-20 мА
Когда вы устраняете проблему с датчиком или устройством, мы рекомендуем полностью удалить его из системы для проведения лабораторных испытаний.Во многих случаях проводка / ПЛК / контроллер заказчика могут неправильно влиять на схему тестирования и добавлять переменные в ваше тестирование. Приведенный ниже метод уменьшает максимальное количество переменных, чтобы убедиться, что ваш датчик работает нормально. Если есть ошибка в проводке или контроллерах, это попытается удалить их из уравнения.
а. Полностью удалите датчик из вашей системы.
и. Если это невозможно, удалите его из системы только электрически.
г. Убедитесь, что блок питания и мультиметр выключены.
2. Принципиальная электрическая схема:
См. Ниже.
3. Компоненты для стендовых испытаний:
a. Известный хороший блок питания, способный выдавать от 8 до 30 В постоянного тока.
и. 24 В постоянного тока – это среднее входное напряжение, но не требуется.
г. Известен хороший мультиметр, настроенный на измерение миллиампер (READOUT).
г. Соответствующие ответные электрические разъемы (при необходимости).
4. Подключение вашей установки для стендовых испытаний:
a. Подключите провод от источника питания (+ / КРАСНЫЙ) к входу SUPPLY вашего датчика.
г. От разъема (- / ЧЕРНЫЙ) источника питания подключите провод к разъему (- / ЧЕРНЫЙ) портативного амперметра (READOUT).
г. Со стороны (+ / КРАСНЫЙ) амперметра подключите провод к разъему RETURN датчика.
г. Не подключайте ничего к другим проводам / контактам вашего датчика.
5. Попался:
а. Убедитесь, что к этой цепи больше НИЧЕГО не подключено. Это устранит любые переменные в тесте.
г. Убедитесь, что ваш мультиметр установлен на МИЛЛИАМПЫ (или АМПЕР). Не вольт или ом.
г. Убедитесь, что ваши щупы находятся в правильных отверстиях мультиметра для считывания AMPS или MILLIAMPS. Некоторые счетчики имеют одно соединение для ампер и одно соединение для вольт / ом.
г. Если вы используете ответный разъем, обратите внимание на обозначения контактов.
Они расположены на датчике напротив ремня безопасности, поэтому при их подключении они выстраиваются правильно.
и. Например, распиновка Packard:
6. Теперь вы готовы запустить BASIC Bench Test:
Это даст вам простую проверку работоспособности датчика, чтобы убедиться, что он имеет выходной сигнал.
а. Дважды проверьте всю проводку.
г. Включите мультиметр, если возможно, установите диапазон МИЛЛИАМП.
г. Включите блок питания.Если можете, установите его на 24 В постоянного тока.
г. При отсутствии давления на измерительный порт датчика вы должны увидеть 4 мА (или 0,004 А) плюс или минус небольшую ошибку Ошибка нулевого допуска. Спецификация ошибки нулевого допуска для 3100 составляет 0,5% от диапазона. Диапазон составляет 16 мА (20 мА минус 4 мА).
эл. Если вы видите какой-либо выход, который больше 4,08 мА или меньше 3,92 мА, возможно, датчик неисправен. Если он находится в этом диапазоне, то все в порядке.
ф. Выключите блок питания и мультиметр.
7. Если у вас есть источник давления, вы можете выполнить РАСШИРЕННОЕ лабораторное испытание:
Это позволит вам проверить датчик под давлением.
а. Подключитесь к известному надежному и точному источнику давления.
Будьте осторожны при высоком давлении.
б. Включите мультиметр.
г. Включите блок питания.
и. Если можете, установите его на 24 В постоянного тока.
г. Повторяет шаг 6, описанный выше: Без давления на измерительный порт датчика запишите показания амперметра.Это ваше значение нулевой точки.
эл. Подайте соответствующее максимальное давление измерения для вашего датчика. На датчике он будет обозначен как ДИАПАЗОН.
Запишите значение на мультиметре и запишите его. Это ваша максимальная сумма баллов.
ф. Чтобы рассчитать, правильно ли работает датчик, используйте эту формулу:
i. Максимальное значение точки минус значение нулевой точки = значение диапазона
г. Выключите блок питания и мультиметр и отсоедините всю проводку.
8. Если вы обнаружите, что ваш датчик считывает некорректно, обратитесь в Gems за опциями
Упрощение токовых петель от 4 до 20 мА
Эдвард Э. Херцег, вице-президент и технический директор Alliance Sensors Group
Для передачи данных аналогового датчика токовая петля 4–20 мА является очень распространенным методом передачи полученных данных датчика. Датчики или преобразователи обычно предназначены для измерения диапазона значений измеряемого параметра, который известен как измеряемая величина .Значение измеряемой величины должно быть преобразовано в ток в измерительном устройстве таким образом, чтобы ток в контуре был пропорционален значению измеряемой величины. Диапазон тока контура от 4 мА до 20 мА называется диапазоном преобразователя . Преобразователь обычно конфигурируется так, что одна конечная точка значения измерения будет соответствовать 4 мА, а измеренное значение другой конечной точки будет соответствовать 20 мА.
Токовая петля 4-20 мА стала стандартом для передачи сигналов и электронного управления в большинстве аналоговых систем управления.Цепь токовой петли 4–20 мА показана на рис. 1 , . В токовой петле ток отводится от источника контура постоянного тока , затем протекает через передатчик , используя полевую проводку , подключенную к петле , нагрузочный резистор в приемнике или контроллере , а затем обратно к петлевому питанию, при этом все элементы соединены последовательно. Все измерительные системы на основе токовой петли используют по крайней мере эти четыре элемента.
Рисунок 1. Типовая токовая петля 4-20 мАПреимущества токовой петли
Возникает очевидный вопрос: зачем использовать токовую петлю 4-20 мА для передачи аналоговых данных с датчика? Ответ заключается в том, что токовая петля 4-20 мА дает несколько преимуществ для такой передачи данных датчика:
- Основная причина заключается в том, что ток контура не изменяется при использовании длинной полевой проводки до тех пор, пока напряжение, развиваемое в контуре, называемое напряжением соответствия , может выдерживать максимальный ток контура.
- Еще одним преимуществом является то, что токовая петля имеет низкий импеданс и не особенно восприимчива к шумам или электромагнитным помехам в целом.
- Третье преимущество – это функция «живого нуля» контура (нижний предел 4 мА), которая выполняет самодиагностику контура в случае обрыва или плохого соединения в контуре или сбоя источника питания контура.
- Токовая петля позволяет подключать другие токовые устройства, такие как дистанционное считывание или записывающее устройство, последовательно с петлей в пределах ограничений, допускаемых напряжением соответствия петли.
- Низкий уровень максимального тока контура (20 мА) позволяет использовать относительно простые защитные барьеры для ограничения тока контура до искробезопасного уровня, предотвращающего возгорание в опасной зоне.
Источник питания контура и напряжение согласования
При передаче тока в контуре возникают падения напряжения из-за проводников полевой проводки и любых подключенных устройств. Однако эти падения напряжения не влияют на ток в контуре, пока общее напряжение контура достаточно для поддержания максимального тока контура.Элементом, ответственным за поддержание стабильного тока в контуре (как показано на рис. 1 ), является источник питания постоянного тока контура. Диапазон напряжения, в котором будет работать контур, называется его напряжением соответствия . Общие значения для источников питания контура 4-20 мА – 24 В постоянного тока или 36 В постоянного тока. Выбранное конструктором напряжение зависит от количества элементов, последовательно включенных в контур. Напряжение источника питания контура всегда должно быть выше суммы всех падений напряжения в цепи, включая падение напряжения в полевой проводке.Сумма всех этих падений напряжения известна как минимальное напряжение согласования контура. Соответствующее напряжение должно соответствовать определенным требованиям, два наиболее важных из которых:
- Напряжение источника питания должно обеспечивать питание всех устройств в контуре, включая падение напряжения полевой проводки, когда ток достигает максимального значения, обычно 20 мА.
- Максимальное выходное напряжение источника питания контура должно быть равным или ниже максимального номинального напряжения любого устройства в контуре.
Преобразователь
Датчик или преобразователь, который измеряет физический параметр, такой как температура, давление, положение или поток жидкости, подключен к схеме преобразования сигнала, которая преобразует значение измеренного параметра в электрический выходной сигнал, такой как напряжение или ток, пропорциональный измеренному физический параметр. Если этот электрический сигнал представляет собой выход 4–20 мА постоянного тока, подключенный к токовой петле, аппаратная и электронная система, которая передает этот ток в петлю, называется передатчиком . Передатчик может состоять из одного устройства, содержащего чувствительный элемент и внутреннюю электронику, или он может использовать датчик или преобразователь, подключенный к отдельной электронике формирования сигнала, сконфигурированной как датчик тока 4–20 мА.
Полевая проводка
В контуре циркулирует ток 4-20 мА. Расстояние между комбинацией сенсор-трансмиттер и контроллером процесса или считывающим устройством может составлять несколько сотен футов или более. Полевая проводка проводников используются в контуре для подключения преобразователя к оборудованию для контроля или управления технологическим процессом.Важно рассматривать их как элемент контура, потому что они имеют некоторое сопротивление и вызывают падение напряжения, как и любой другой элемент контура. Если сумма всех падений напряжения выше, чем напряжение согласования источника питания контура, ток не будет пропорционален измеряемому параметру, и система выдаст непригодные для использования данные.
Сопротивление проводов полевой проводки обычно выражается в Ом на длину, обычно в Ом на 1000 футов, поэтому полное сопротивление является произведением этого значения на длину проводов, деленную на 1000.Обратите внимание, что длина провода включает выходящий провод контура и проводник контура для возврата тока, что в два раза больше длины отдельного проводника. Общее сопротивление проводки обозначено символом Rw, как показано на схеме. Закон Ома дает падение напряжения из-за полевой проводки:
W V = IR W Где I в амперах; inRw в Ом; и Vw в вольтах.
Приемник или контроллер процесса
После того, как ток контура сгенерирован, он обычно должен быть дополнительно обработан в системе.. Например, ток можно использовать в качестве обратной связи для контроллера клапана, чтобы открывать, закрывать или модулировать клапан, чтобы инициировать или управлять процессом. Управляющие функции легче выполнять с помощью напряжения, а не тока. Приемник – это часть контура контура, которая преобразует ток контура в напряжение. В рис. 3 приемник представляет собой простой резистор, включенный последовательно с контуром, поэтому, согласно закону Ома, напряжение, развиваемое на нем, прямо пропорционально измеряемому физическому параметру, измеряемой величине.
Нагрузочный резистор контура
Нагрузочный резистор, используемый в токовой петле 4–20 мА, не является произвольным. Для любого заданного напряжения соответствия существует максимальное сопротивление нагрузки контура, которое позволит развить полный ток в контуре. Превышение максимального сопротивления контура, которое должно включать сопротивление полевой проводки, не позволяет системе обеспечивать полный выходной ток 20 мА в контуре. В случае типичного датчика с токовым выходом, график нагрузки контура которого показан ниже на рис. , рис. 2, , при входном напряжении 18 В общая нагрузка контура может достигать 550 Ом.При входном напряжении 24 В общая нагрузка контура может достигать 850 Ом, а при максимальном входном сигнале системы 32 В общая нагрузка контура может составлять 1200 Ом.
Рис. 2 Зависимость сопротивления нагрузки контура от напряжения питания контура для типичного датчика на выходе токового контура.Важность выбора правильного резистора нагрузки контура
Выбор резистора нагрузки контура обычно зависит от напряжения входного сигнала, которое требуется системе приемника для хорошего разрешения. Ток контура 4–20 мА будет вырабатывать 2–10 В постоянного тока на нагрузочном резисторе 500 Ом (E = IR).Если система приемника будет удовлетворительно работать при более низком входном напряжении, ток контура 4–20 мА будет развивать 1–5 В постоянного тока на нагрузочном резисторе 250 Ом, который является наиболее распространенной нагрузкой контура. Обратите внимание, что резистор нагрузки контура довольно часто уже встроен во входные клеммы приемника. Проверьте характеристики приемного устройства, чтобы определить, есть ли на его входе резистор нагрузки контура.
Очень важно, чтобы номинальная мощность резистора нагрузки контура была достаточной для гарантии того, что любой нагрев, вызванный током, протекающим через резистор, не изменит номинал резистора и тем самым изменит развиваемое на нем напряжение.Напомним, что мощность, рассеиваемая резистором, равна I² x R. Для нагрузочного резистора 500 Ом мощность, рассеиваемая при 20 мА, составляет 0,2 Вт. Хороший выбор для номинальной мощности резистора – не менее 2 Вт, потому что такая нагрузка не сильно нагревается. Даже при полном токе контура не будет изменения напряжения на нагрузочном резисторе из-за тепла от рассеивания мощности вместо фактических изменений тока контура. Резисторы с проволочной обмоткой обычно имеют более низкие температурные коэффициенты, чем металлизированные резисторы.
Типы передатчиков
Существует несколько различных разновидностей датчиков тока, используемых для токовых петель 4–20 мА.В целом они соответствуют следующим категориям, разграниченным по количеству соединений, необходимых для работы:
- 2-проводные преобразователи, которые обычно функционируют как устройства для отвода тока с питанием от контура.
- 3-проводные преобразователи, которые представляют собой устройства с независимым питанием от источника тока контура.
- 4-проводные преобразователи, которые обычно представляют собой устройства с независимым питанием, используемые, когда изоляция контура необходима для устранения шума или контура заземления или для работы в опасной зоне (опасные зоны).
- Производные от 4-проводных передатчиков, такие как изоляторы контуров или повторители токовых контуров. В некоторых случаях эти устройства встраиваются в утвержденные национальным агентством защитные барьеры для искробезопасных (IS) систем, которые могут безопасно эксплуатироваться в определенных опасных средах.
2-проводные преобразователи с питанием от токовой петли
- Преобразователи
- с проводным питанием от токовой петли – это электронные устройства, подключенные к токовой петле без отдельного или независимого источника питания.Они предназначены для получения энергии от тока, протекающего в контуре. Типичные устройства с питанием от контура включают датчики, преобразователи, передатчики, повторители, изоляторы, измерители, регистраторы, индикаторы, регистраторы данных, мониторы и многие другие типы полевых приборов.
Устройства с питанием от контура важны, потому что для некоторых систем трудно подавать отдельное питание на все устройства и инструменты в контуре. Устройство может быть расположено в корпусе, доступ к которому может быть затруднен, или в опасном месте (hazloc), где мощность не может быть разрешена или должна быть ограничена.
На рисунке 3 показано 2-проводное устройство с питанием от токовой петли, подключенное к токовой петле. Считается устройством, потребляющим ток в контурной цепи. Питание устройства полностью обеспечивается неиспользованным током ниже 4 мА в контуре. 2-проводные передатчики с питанием от токовой петли популярны, но обычно более дороги, чем трехпроводные передатчики.
Рисунок 3 Типичная система с 2-проводным контуром питания.3-проводные преобразователи тока
3-проводные преобразователиотличаются от преобразователей с питанием от контура, поскольку их контурный ток вырабатывается из источника постоянного тока, который выдает больше тока, чем просто контурный ток.Весь передатчик работает от этого источника питания и может потреблять намного больше тока, чем типичные устройства с 2-проводным питанием по токовой петле. Однако 3-проводная система является элементом источника питания, поэтому она питает токовый контур независимо от того, что он сам использует. 3-проводные передатчики часто дешевле 2-проводных. Типичная 3-проводная петля показана на Рис. 4 ниже. Важно отметить, что 3-проводный передатчик никогда не следует подключать к какой-либо 2-проводной системе с питанием от токовой петли.
Рис. 4 Типичная токовая петля с использованием 3-проводного передатчикаОбратите внимание, что сторона высокого напряжения источника питания не подключена напрямую к контуру, а обратная сторона источника питания подключена через точку заземления, поэтому для 3-проводного передатчика требуется тщательное рассмотрение вопросов заземления для предотвращения потенциальных контуров заземления.Если приложение, использующее 3-проводный передатчик, требует изоляции в контуре, существует несколько путей.
Один из способов – использовать отдельный источник питания постоянного тока для каждого устройства вывода 3-проводного контура, чтобы он не взаимодействовал с другими контурами тока. Другой способ – использовать модуль изолятора шлейфа. В этих устройствах используются различные методы гальванической развязки, обычно с использованием трансформаторов или оптических соединителей. Они принимают сигнал 4-20 мА, функционируют как ретранслятор или ретранслятор и выдают восстановленный сигнал токовой петли 4-20 мА, который полностью изолирован.Третий способ – использовать 4-проводный передатчик с уже встроенной изоляцией.
4-проводные преобразователи тока
4-проводные преобразователиобладают преимуществами 3-проводного источника тока и обеспечивают гальваническую развязку для выхода токовой петли. 4-проводные устройства существенно дороже, чем 3-проводные. По этой причине они обычно используются там, где требуется изоляция, или они являются частью комбинированного устройства с одобренным барьером безопасности для работы токовой петли в конкретном опасном месте.Блок-схема 4-проводного передатчика показана ниже на рис. 5 . Примечательным моментом является то, что само 4-проводное устройство использует для работы отдельный источник питания постоянного тока, как и 3-проводный передатчик, и таким образом подает контурный ток.
Рисунок 5 Типовая токовая петля с использованием 4-проводного передатчикаОбзор передачи данных 4-20 мА
Вышеизложенное описание дало краткое описание процесса передачи данных 4-20 мА. В заключение полезно кратко рассказать об особенностях и преимуществах этого процесса, а также о его ограничениях.
Преимущества
- Токовая петля 4–20 мА является доминирующим стандартом передачи данных во многих отраслях промышленности.
- Он признан самым простым в подключении и настройке методом аналоговой передачи данных.
- Он использует меньше проводов и соединений, чем другие методы, что значительно снижает затраты на запуск / настройку.
- Он превосходит на больших расстояниях, так как ток не уменьшается при длинных соединениях, таких как напряжение.
- Он относительно нечувствителен к большинству электрических шумов и связанных с ними электромагнитных помех.
- Позволяет включать в контур как локальные, так и удаленные устройства считывания или мониторинга.
- Легко обнаружить неисправность в измерительной системе, потому что 4 мА равно 0% выходного сигнала системы, поэтому любой ток в контуре, существенно ниже 4 мА, становится прямым индикатором неисправности контура.
Ограничения
- Токовые петли 4–20 мА могут передавать только один определенный датчик или сигнал процесса на петлю.
- Множественные контуры необходимы для приложений, в которых необходимо передавать много датчиков или выходных сигналов процесса.Потребуется много полевой проводки, что может привести к серьезным проблемам с контурами заземления, если независимые контуры тока не будут должным образом изолированы друг от друга.
- Требования к изоляции усложняются экспоненциально с увеличением количества шлейфов.
Об авторе
Эдвард Э. Герцег в настоящее время является вице-президентом и главным техническим директором Alliance Sensors Group, подразделения компании H. G. Schaevitz LLC.Имея выдающуюся карьеру в индустрии датчиков, охватывающую более полувека, он высоко ценится как за свои знания в области разработки приложений, так и за свои технические инновации. До прихода в ASG он занимал ведущие технические и маркетинговые должности в Everight Sensors Corp., AST Macro Sensors LLC (теперь часть TE Connectivity), Massa Products Corp. и Schaevitz Engineering (теперь также входит в TE Connectivity) и хорошо известен. в промышленности как автор Schaevitz Handbook of Measurement and Control .
.