Токов сигнал 4 20 mA верига. Токова верига. Как сигнал от токова верига се преобразува в напрежение

И от предишните раздели става ясно, че необработен сигналиТе са много разнообразни и диапазонът на техните промени варира от няколко миливолта (за термодвойка) до повече от стотици волта за тахогенератор. В допълнение, те могат да бъдат причинени от промени в постояннотоковото напрежение, променлив токили дори съпротива. Следователно е съвсем очевидно, че ако аналоговите входни карти са само в обхвата на сигнала, тогава е необходимо да се използват някои.

Произходът на входния сигнал може да бъде представен, както е показано на фиг. 4.13. Първичният сигнал от сензора на място се преобразува в стандартен сигнал, а комбинацията от сензора и това устройство се нарича предавател или. След това стандартизираният сигнал носещи информацияотносно измерената променлива, може да бъде подаден към конвенционална аналогова входна платка.

Възниква естествен въпрос: какъв трябва да бъде този стандартизиран сигнал? Аналоговите сигнали са си сигнали ниско нивои следователно са податливи на смущения (или шум, както най-често се нарича). Сигнал, представен от електрически ток, се влияе по-малко от шума, отколкото сигнал, представен от напрежение, така че обикновено се избира токова верига. Преобразувателят и приемното устройство са свързани съгласно схемата, показана на фиг. 4.14, а текущият сигнал от приемащата страна се преобразува в напрежение с помощта на баластен резистор. Токовата верига може да се използва с множество приемащи устройства (това може да бъде измервателен уред, устройство за запис на диаграми или PLC вход, например), свързани последователно.

Най-често срещаният стандарт представлява аналогов сигнал под формата на ток с диапазон от 4-20 mA, където 4 mA е минималното ниво на сигнала, а 20 mA е максималното. Ако, например, датчик за налягане произвежда 4-20 mA сигнал, представляващ налягане в диапазона от 0-10 bar, тогава налягане от 8 bar ще съответства на ток от 8 x (20 - 4)/10 + 4 = 16,8 mA. Сигналът 4-20 mA често се преобразува в сигнал 1-5 V с помощта на баластен резистор 250 ома.

"Нулевият" сигнал от 4 mA (наречен отместване) служи за две цели. Първо, използва се срещу повреда на инвертора или кабелния кабел. Ако преобразувателят или кабелът се скъсат или има проблем в комуникационната линия късо съединение, тогава токът през баластния резистор ще бъде нула, което съответства на „отрицателен“ 0 V сигнал на приемащата страна. Това може много лесно да бъде открито и използвано като аларма за „повреда на конвертора“.

Токът на отклонение от 4 mA също опростява оформлението. На фиг. 4.14 се предполага, че преобразувателят има локална употреба

Ориз. 4.15. Двупроводен преобразувател 4-20 mA

източник на захранване и осигурен токов сигнал. Подобно разположение е възможно, но по-често срещаното (и по-просто) разположение е показаното на Фиг. 4.15. Тук захранването (обикновено 24-30 VDC) се поставя от страната на приемника, а сигналните линии служат както за захранване на преобразувателя, така и за пренос на ток. Преобразувателят черпи ток от източника на захранване в диапазона 4-20 mA в съответствие с измерения сигнал. Този ток, както и преди, се преобразува в напрежение с помощта на баластен резистор.

Отместването от 4 mA осигурява тока, необходим на преобразувателя за работа. нормална операция. Очевидно това не може да се постигне, ако обхватът на сигнала е 0-20 mA. Преобразуватели, свързани съгласно схемата на фиг. 4.15 обикновено се наричат ​​двупроводни.

Сензорите за ток (конвертори) са предназначени за безконтактно наблюдение на тока в електрически веригис номинално напрежение до 660 V. Сензорът преобразува AC входния сигнал в 4-20mA или 0-20mA или 0-10V DC изходен сигнал, който може да бъде изпратен към универсални измервателни уреди или управляващи контролери.

Сензорите са херметизирани и могат да се монтират навсякъде, включително на скрити и труднодостъпни места. Те не могат да бъдат ремонтирани или изискват поддръжка, те съдържат вграден токов трансформатор и универсална платформа Ayumi, проектирана специално за използване с инструменталните трансформатори, които произвеждаме, и състояща се от прецизен операционен усилвател токоизправител, интегрираща верига (времева константа 0,6- 0,8 секунди) и формовчик на изходен аналогов сигнал.

Номиналното захранващо напрежение на сензорите е 24V(DC), работоспособността се поддържа напълно в диапазона на напрежението 20-28V. Сензорите са нечувствителни към пулсации и нестабилност на захранващите напрежения. Работен температурен диапазон -40...+85 градуса C. Към момента са налични за поръчка следните сензори:

TP03S (снимка 2) за номинални токове от 1 до 90A с отвор. 11mm TTP60 (снимка 5) - за токове от 10 до 500A с отвор. 37mm TP60 - за токове от 0.05 до 300A с отвор. 37mm TP102S (снимка 4) - за токове от 0,05 до 40A с отвор 14 mm.

Всички токове в посочените диапазони са налични за поръчка. Линейността и стабилността са изключително високи в диапазона от 1-100% от номиналния ток. Намалената грешка при преобразуване е по-малко от 2% без калибриране и по-малко от 1% при допълнително калибриране по време на производство. 50.120-001-11976052-2017

При поръчка е възможно уточняване понижено напрежениезахранване 9(12)V със съответно намаляване на макс. изходни стойности сигнал до 3(5)v.

Име на токов датчик за поръчка: TP03C-xx/yy-zz(mm), където

• xx - номинален ток (A)
• yy- изходен сигнал: 0-1V/0-10V/0-20mA/4-20mA
• zz-00-твърд изход
• mm - забележка, например (клемен блок) - изходите са направени под формата на клемен блок. внимание! Опцията е налична изцяло за TPP60 и TP60. За TP03 и TP102 само във връзка с опцията 4-20mA

Например: TP03S-30A/(4-20mA)-00, т.е. сензор TP03S с ном. вход ток 30A, изход 4-20mA, твърди щифтове за монтаж на печатни платки.

Моля, обърнете внимание отново: При поръчка номиналният ток и параметрите на изходния сигнал могат да бъдат посочени на всяка стойност в рамките на посочените граници, т.е. за TP03S - 1...90A; TP102S - 0.1...40A;TP60 - 0.05...300A TTP60 - 10...500A за входен ток, и 0...20mA; 1...20mA; 0...10v. за изходния сигнал! Чувствителността на сензорите е не по-лоша от 0,1% от номиналната стойност. текущ Това не е отразено в цената.

Внимание:Входният импеданс на измервателния уред от приемащата страна трябва да бъде:

• не по-ниско от 50 kOhm за модификации 0-1V;
• не по-ниско от 100 kOhm за 0-10V;
• не по-високо от 500 ома за 0-20mA (включително съпротивителни проводници)
• не по-високо от 500 ома за 4-20mA (включително съпротивителни проводници) при 24V. захранване на токова верига

Корпусът на сензора осигурява отлична галванична изолация от наблюдаваната верига, което е достатъчно за всяко приложение.

Сензорът TP03S има отвор с диаметър 11mm, TP102S - 14mm, TTP60 и TP60 - 37mm за контролирани линии. Ако е необходимо, е възможно да се използват всякакви токови трансформатори на нашето производство за увеличаване на отвора или измерените токове. Пример за такова изпълнение е показано на снимка 1. Този дизайн ви позволява да управлявате вериги по безконтактен начин, без да премахвате тяхната изолация, което значително повишава надеждността и безопасността на електрическите мрежи. Малкият номинален измерен ток и приличният отвор TP102S и TP60 също позволяват да се използва като диференциален токов трансформатор за измерване на токове на утечка в линии (токов трансформатор с нулева последователност), например за версията 100 mA обхватът на измерване на входния ток е от 1 до 100mA с добра линейност.

Конструкция и принцип на действие

При протичане на ток във външната верига вграденият токов трансформатор осигурява галванична изолация и преобразува този ток в по-нисък, който се усилва от усилвател-преобразувател ток-напрежение. Полученото напрежение се коригира от прецизен токоизправител и се подава към RC верига, което позволява да се изолира средно напрежение, пропорционално на входа. текущ На изхода на RC веригата е инсталиран драйвер напрежение-ток, който допълнително действа като буфер и довежда изходния сигнал до 0. Изходното напрежение се формира, когато токът на драйвера протича през Rn. Благодарение на това изходното напрежение може да варира в широк диапазон (0-1V; 0-2V и т.н.) за дадена входна стойност. ток, който ви позволява да регулирате коеф. преобразуване чрез регулиране на товарния резистор. Тази корекция може да се извърши и ако е необходимо да се намали коефициентът. предаване или настройка на ADC към съществуващата еталонна стойност. В същото време стойността на продукцията. напрежение и вътрешно съпротивление(не повече от 49,9 ома за 0-1v и 499 ома за опцията 0-10v) на аналоговия изход ви позволява лесно да го свържете с ADC микроконтролери или стандартни измервателни инструменти, които имат 0-1v или 0-10v вход. Ако е необходимо, на етапа на производство е възможно да се намали или увеличи времевата константа на RC веригата или да се регулира необходимата мощност. напрежение или ток.

Модификацията на сензора с изход 0-20mA няма вграден резистор. Макс. напрежението на изход 4 може да достигне 10V. което ограничава входа. метър съпротивление, като се вземе предвид съпротивлението на проводника от 500 ома. При модификация 4-20mA е монтиран вграден резистор 0...10 ома и се използва 2-проводно свързване, което ограничава входа. Съпротивлението на измервателния уред вече е до 800 ома с 24V захранване.

Собствена консумация на сензори Ayumi при липса на вход. токът не надвишава 0,8-1mA в диапазона на напрежението 20-28V. Когато входът е превишен. ток над номиналния се задейства вградената защитна верига, ограничаваща изходния ток от 20 до 35 mA според логаритмичния закон (24-39 mA за 4-20), докато изходното напрежение не може да надвишава 11 V, и максималната консумация на ток е 38 mA, което позволява използването му с захранващи устройства с ниска мощност. Моля, обърнете внимание: максимално допустимият входен ток за TP03 и TP102 не трябва да надвишава 200A, за да се избегне повреда на вградения трансформатор или. електронна схема. За TTP60 тази граница е зададена на 500A за дълго време и 1000A за до 2 секунди, за TP60 с диапазон от 0,05-150A при скорост 300A, за 150-300A при скорост 500A

Типичните схеми на свързване на сензора са показани на фиг. 3.

• На фиг. 3a показва схемата на свързване на TP03S-xx/(0-1v) към универсалния измервателен уред 0-1v и няма специални характеристики T03S-xx/(0-10v) към универсалния измервателен уред 0-10v има подобна връзка.
• На фиг. Фигура 3b показва схема за сдвояване на TP03S-xx/(0-10v) с ADC на микроконтролер с вграден ION=5v. За намаляване на изходното напрежение от 10 на 5V. Инсталиран е допълнителен резистор 510 ома. За други ION напрежения стойността на допълнителния резистор може да се изчисли по формулата: Rx=510*Ux/(10-Ux).
• На фиг. 3c показва схема на свързване на TP03S-xx/(4-20mA) към универсален измервателен уред 4-20mA и няма специални характеристики.
• На фиг. 3d показва диаграма на свързване на TP03S-xx/(0-20mA) към универсален измервателен уред 0-20mA.

Токовата верига е метод за предаване на информация с помощта на измерени стойности на електрически ток. Обикновено системата с токова верига включва сензор (налягане, температура, газове и т.н.), предавател, приемник и аналогово-цифров преобразувател (ADC) или микроконтролер (Фигура 1).

Ориз. 1.

На изхода на сензора се генерира напрежение, пропорционално на измерения параметър. Предавател (усилвател на ток, контролирано напрежение) преобразува напрежението от сензора в съответен ток от 4 до 20 mA. В другия край на линията приемник (усилвател на напрежение с контролиран ток) преобразува тока от 4...20 mA обратно в напрежение. Аналогово-цифров преобразувател дигитализира изходното напрежение на приемника за последваща обработка от процесор или микроконтролер.

В системи с интерфейс с токова верига, информацията се предава с помощта на сигнално модулиран ток. В токова верига 4...20 mA най-малката стойност на сигнала съответства на ток от 4 mA, а най-голямата - 20 mA. По този начин целият диапазон от допустими стойности е 16 mA. Токът на веригата се поддържа на 4 mA през цялото време, така че по-ниските нива на ток ще открият отворена линия и ще направят тази ситуация лесна за диагностициране.

По правило в системите за промишлена автоматизация сензорите са разположени на големи разстояния от централния блок за управление, така че токовият контур все още не е загубил своята релевантност, тъй като е най-устойчивият на шум аналогов интерфейс, особено в сравнение с методите за предаване на данни за напрежение . По-завършена система, включваща втора токова верига (например за управление на задвижване), е демонстрирана на фигура 2.

Ориз. 2.

Въз основа на тази схема ще разгледаме решенията, които Maxim предлага за нейното изпълнение.

Операционен усилвател
като преобразувател напрежение-ток

Фигура 3 показва проста реализация на преобразувател напрежение към ток, използващ операционен усилвател (op-amp). MAX9943.Този операционен усилвател осигурява изходен ток от повече от ±20 mA със захранващо напрежение ±15 V и също така е стабилен с капацитивен товар до 1 nF, което го прави много подходящ за използване в дълги предавателни линии. За работа в обхвата на изходния ток 0...20 mA е възможна мощност на усилвател с едно захранване, тъй като MAX9943 осигурява колебание на изходното напрежение, равно на захранващото напрежение ( изход релса към релса).

Ориз. 3.

В тази схема връзката между входното напрежение и тока на натоварване се описва с израза: V IN = (R2/R1) ґ R SENSE ґ I LOAD + V REF. Типичната стойност на съпротивлението на натоварване може да бъде няколко kOhm. В този пример: R1 = 1 kOhm; R2 = 10 kOhm; R SENSE = 12,5 ома; R НАТОВАР = 600 Ohm.

За преобразуване на ±2,5 V входно напрежение в ±20 mA ток, референтното напрежение V REF трябва да бъде настроено на 0 V. За да се получи 4...20 mA изходен ток от 0...2,5 V входно напрежение, отместване трябва да бъде настроен да остане постоянен на тока на линията 4 mA. При V REF = -0,25 V, входното напрежение 0...2,5 V се преобразува в изходен ток 2...22 mA. Обикновено разработчиците избират малко по-широк динамичен диапазон, за да позволят по-късно софтуерно калибриране. Зависимостите на входното напрежение и изходния ток са показани на фигури 4 и 5.

Ориз. 4. Зависимост на I LOAD от V IN за ±20 mA изход

Ориз. 5. Зависимост на I LOAD от V IN за изход 4-20mA

MAX15500 и MAX15501 - Кондиционери на токов контур

Веригата на фигура 3 използва операционни усилватели- Това е проста реализация на токова верига, която причинява затруднения при калибриране, както и голяма грешка при предаване на сигнали при реални работни условия. На практика, за внедряване на преобразувател напрежение към ток, е препоръчително да се използват решения с един чип, технически спецификациикоито са строго описани в документацията.

Ориз. 6.

Пример за такова решение е MAX15500/15501,генератори на аналогов токов изход или изход на напрежение, програмируеми чрез SPI интерфейса. Входното напрежение за тези преобразуватели обикновено се взема от изхода на външен DAC. За MAX15500 диапазонът на входното напрежение е 0...4,096 V, а за MAX15501 - 0...2,5 V. Софтуерно са налични шест режима на работа на изходното стъпало: ±10 V; 0…5 V; 0…10 V; ±20 mA; 0…20 mA; 4…20 mA. Микросхемите осигуряват защита от късо съединение; откриване на прекъсване на преносната линия; защита срещу прегряване и откриване на спад на захранващото напрежение под прага.

MAX5661 - ЦАП с токов изход

Най-интегрираната версия на преобразувателя на токов изход е MAX5661.Това е едноканален 16-битов DAC с прецизен високоволтов усилвател, който предоставя цялостно решение за преобразуване на цифровия сигнал от процесора в програмируем токов изход (0...20 mA или 4...20 mA) или индустриално стандартно напрежение ±10 V.

Ориз. 7.

Управлението и предаването на данни към DAC се осъществява чрез четирипроводен SPI интерфейс. Микросхемата има изход #FAULT, който може да се използва за диагностициране на отворена верига в токовия контур или късо съединение в изхода за напрежение. Трябва да се отбележи, че MAX5661 изисква използването на външен източник референтно напрежение 4,096 V. Документацията предоставя списък с препоръчани свръхпрецизни йонизатори, напр. MAX6341, MAX6133или MAX6033.За бързо овладяване на цялата функционалност на MAX5661 се предлага комплект за разработка MAX5661EVCMAXQU+с интерфейс към компютър за управление на DAC чрез графичен интерфейс (GUI).

MAX1452 - конвертор на сензорен сигнал
в токова верига

Досега разглеждахме решения, подходящи за преобразуване на сигнал от микроконтролер или DAC, т.е. за предаване на управляващи сигнали. За да получи токов сигнал от сензора, Maxim предлага микросхема MAX1452,комбиниране на аналоговата част с операционен усилвател за генериране на информационен сигнал и цифрова схема, осигуряваща компенсация на температурния дрейф, регулиране на нулевото отместване и PGA-програмируемо усилване. Всички коригиращи коефициенти се съхраняват във вградената EEPROM памет с капацитет 768 байта.

Фигура 8 показва електрическата схема за MAX1452 с 4...20 mA изходен ток и мощност на веригата. За генериране на ток в контура се използва транзистор 2N2222A.

Ориз. 8.

HART модем DS8500

HART ( Протокол за отдалечен преобразувател с магистрален адрес) е цифров индустриален протокол за пренос на данни, който като правило ви позволява да конфигурирате сензор или да получите информация за неговото състояние, като използвате линия, на която е организиран аналогов токов цикъл. За предаване на цифрови данни се използва FSK-модулиран сигнал (модулация с превключване на честотата) през токова верига 4...20 mA (Фигура 9). Този метод на внедряване вече позволява използването на протокола HART съществуващи системис аналогова токова верига.

Ориз. 9.

За организиране на физическия слой HART (модулация и демодулация), Maxim предлага модемен чип HART DS8500,което позволява полудуплексен режим на приемане и предаване, като “1” е модулиран на честота 1,2 kHz, “0” - 2,2 kHz. Функционално DS8500 се състои от демодулатор, цифров филтър, ADC, модулатор и DAC (Фигура 10).

Ориз. 10.

Тази архитектура (с цифрово филтриране и DAC, който генерира чист синусоидален сигнал с фазово непрекъснато превключване между честотите) гарантира надеждно приемане на сигнала в шумна среда.

Заключение

Maxim предлага пълна гама от решения за организиране на предаване на данни с помощта на токова верига, както от сензори към централния блок за управление, така и от този блок към изпълнителните блокове. В допълнение, за разширяване на функционалността на такива индустриална системалинията Maxim съдържа повече от 300 различни интерфейсни чипа RS-485/RS-232,МОЖЕ, ЛИН.

Литература

1. „Как да използваме операционни усилватели с високо напрежение и висок ток в системи с токова верига 4-20 mA“, Маурицио Гавардони, Maxim Engineering Journal № 68

2. “Аналогов токов контур - решения от Максим”, Анатолий Андрусевич, “Компоненти и технологии” № 8 2009 г

Нижни Новгород

Тази статия е продължение на поредица от публикации в списанието ISUP, посветени на стандартизацията *, **, *** ****. Статията „Преобразуване на подобно в подобно в системи за измерване и управление“ (ISUP. 2012. № 1) беше посветена на стандартизацията, която преобразува унифицираните входни сигнали в унифицирани изходни сигнали.

Защо точно сигналът 4...20 mA?

Широкото разпределение на токовия унифициран сигнал 4...20 mA се обяснява със следните причини:
- предаването на токови сигнали не се влияе от съпротивлението на свързващите проводници, поради което изискванията за диаметъра и дължината на свързващите проводници, а оттам и цената, са намалени;
- токовият сигнал работи при натоварване с ниско съпротивление (в сравнение със съпротивлението на източника на сигнала), така че индуцираната електромагнитна интерференция в токовите вериги е малка в сравнение с подобни вериги, които използват сигнали за напрежение;
- прекъсването на предавателната линия на токовия сигнал 4...20 mA се определя ясно и лесно от измервателните системи чрез нивото на нулев ток във веригата (при нормални условия трябва да бъде най-малко 4 mA);
- токов сигнал от 4...20 mA позволява не само да се предава полезен информационен сигнал, но и да се осигури захранване на самия нормализиращ преобразувател: минимално допустимо ниво 4 mA са достатъчни за захранване на съвременни електронни устройства.

Характеристики на токови преобразуватели 4…20 mA

Нека да разгледаме основните характеристики и характеристики, които трябва да се вземат предвид при избора. Като пример да вземем стандартизиращите преобразуватели на НОИ-ГРТП, произведени от научно-производствената фирма „КонтрАвт” (фиг. 2).

Ориз. 2.Външен вид на NPSI-GRTP - преобразуватели, произведени от NPF "KontrAvt" с галванично разделяне на 1, 2, 4 канала на токовия контур

Проектиран да изпълнява само две основни функции:
- измерване на активен токов сигнал 4...20 mA и преобразуването му в същия активен токов сигнал 4...20 mA с коефициент на преобразуване 1 и с висока скорост;
- галванично разделяне на входните и изходните сигнали на токовия контур.

Основната грешка на преобразуването на NPSI-GRTP е 0,1%, температурната стабилност е 0,005% / °C. Температурен диапазон на работа - от -40 до +70 °C. Изолационно напрежение - 1500 V. Производителност - 5 ms.

Опциите за свързване към източници на активни и пасивни сигнали са показани на фиг. 3 и 4. В последния случай е необходим допълнителен източник на захранване.

Ориз. 3.Свързване на NSSI-GRTP конвертори към активен източник

Ориз. 4.Свързване на преобразуватели NSSI-GRTP към пасивен източник с помощта на допълнителен захранващ блок BP

В измервателни системи, където е необходимо да се разделят входните сигнали, източникът на входния сигнал по правило са измервателни сензори (MS), а приемниците са вторични измервателни устройства (MI) (регулатори, контролери, записващи устройства и др.) .

В системите за управление, където се изисква разделяне на изходните сигнали, източниците са управляващи устройства (CU) (регулатори, контролери, записващи устройства и др.), а приемниците са изпълнителни механизми (CD) с текущ контрол(мембранни задвижващи механизми (MIM), тиристорни регулатори, честотни преобразуватели и др.).

Трябва да се отбележи, че преобразувателят NPSI-GRTP, произведен от , не изисква отделно захранване. Захранва се от активен източник на входен ток 4...20 mA. В този случай на изхода също се генерира активен сигнал 4...20 mA и не е необходим допълнителен източник в изходните вериги. Следователно решението, базирано на сепаратори на токов контур, което се използва в NPSI-GRTP, е много икономично.

Предлагат се три модификации на преобразувателя: . Те се различават по броя на каналите (съответно 1, 2, 4) и дизайна (фиг. 2). Едноканалният преобразувател се помещава в малък тесен корпус с ширина само 8,5 mm (размери 91,5 × 62,5 × 8,5 mm), двуканален и четириканален в корпус с ширина 22,5 mm (размери 115 × 105 × 22,5 мм). Преобразуватели с галванична изолация се използват в системи с десетки и стотици сигнали, за които се поставя такъв брой преобразуватели в структурни обвивки (шкафове). най-важният проблем. Ключов фактортук е ширината на един преобразуващ канал по DIN шината. в 1-, 2- и 4-канални версии имат изключително малка „широчина на канала”: съответно 8,5, 11,25 и 5,63 мм.

Трябва да се отбележи, че в многоканалните модификации NSSI-GRPT2 и NSSI-GRTP4 всички канали са напълно несвързани. От тази гледна точка производителността на един от каналите по никакъв начин не влияе на работата на други канали. Ето защо един от аргументите срещу многоканалните преобразуватели - „един канал изгаря и цялото многоканално устройство спира да работи и това рязко намалява безопасността и стабилността на системата“ - не работи. Но такова важно положително свойство на многоканалните системи като по-ниската „цена на канала“ се проявява напълно. Дву- и четириканалните модификации на преобразувателите са оборудвани с винтови разглобяеми конектори, които улесняват монтажа им, Поддръжкаи ремонт (замяна).

При редица задачи е необходимо да се подаде сигнал 4...20 mA към няколко галванично изолирани приемника. За това можете да използвате както едноканални преобразуватели NSSI-GRTP1, така и многоканални преобразуватели NSSI-GRTP2 и NPSI-GRTP4. Схемите на свързване са показани на фиг. 5.

Ориз. 5.Използването на едноканални и двуканални преобразуватели за умножение на сигнала "1 към 2"

За улесняване на монтажа и поддръжката, свързването на външните връзки в едноканалната версия се осъществява с пружинни клемни съединители, а в дву- и четириканалните - с разглобяеми винтови съединители.

Ориз. 6.Свързване на външни линии с помощта на разглобяеми клемни конектори

По този начин новата линия преобразуватели за разделяне на токовия контур 4...20 mA, представена от NPF "KontrAvt", може с основание да се нарече компактно и икономично решение, способно да се конкурира по отношение на характеристиките със съответните вносни аналози. Преобразувателите са предоставени за пробна експлоатация, така че потребителят има възможност да тества устройствата в експлоатация, да оцени техните характеристики и да вземе информирано решение за целесъобразността на тяхното използване.
____________________________

От 50-те години на миналия век токовите вериги се използват за предаване на данни от предаватели в приложения за наблюдение и контрол. С ниски разходи за внедряване, висока устойчивост на шум и възможност за предаване на сигнали на големи разстояния, токовият контур се оказа особено удобен за работа в индустриални среди. Този материал е посветен на описанието на основните принципи на работа на токовия контур, основите на дизайна и конфигурацията.

Използване на ток за прехвърляне на данни от конвертора

Индустриалните сензори често използват токов сигнал за предаване на данни, за разлика от повечето други преобразуватели, като термодвойки или тензодатчици, които използват сигнал за напрежение. Въпреки че преобразувателите, които използват напрежение като параметър за предаване на информация, наистина са ефективни в много промишлени приложения, има редица приложения, при които използването на токови характеристики е за предпочитане. Съществен недостатък при използване на напрежение за предаване на сигнали в промишлена среда е отслабването на сигнала, когато се предава на дълги разстояния поради наличието на съпротивление на кабелните комуникационни линии. Можете, разбира се, да използвате устройства с висок входен импеданс, за да избегнете загубата на сигнал. Въпреки това, такива устройства ще бъдат много чувствителни към шума, генериран от близките двигатели, задвижващи ремъциили радиопредаватели.

Според първия закон на Кирхоф сумата от токовете, протичащи във възел, е равна на сумата от токовете, изтичащи от възела.
На теория токът, протичащ в началото на веригата, трябва да достигне своя край напълно,
както е показано на фиг.1. 1.

Фиг. 1. В съответствие с първия закон на Кирхоф, токът в началото на веригата е равен на тока в нейния край.

Това е основният принцип, на който работи измервателната верига. Измерването на ток където и да е в токовата верига (измервателна верига) дава същия резултат. Чрез използване на текущи сигнали и приемници за събиране на данни с нисък входен импеданс, индустриалните приложения могат да се възползват значително от подобрената устойчивост на шум и увеличената дължина на връзката.

Компоненти на токовия контур
Основните компоненти на токова верига включват източник на постоянен ток, сензор, устройство за събиране на данни и проводници, които ги свързват в един ред, както е показано на фигура 2.

Фиг.2. Функционална схематокова верига.

Източник на постоянен ток захранва системата. Преобразувателят регулира тока в проводниците от 4 до 20 mA, където 4 mA представлява жива нула, а 20 mA представлява максимален сигнал.
0 mA (без ток) означава отворена верига. Устройството за събиране на данни измерва стойността регулируем ток. Ефективен и точен метод за измерване на тока е да се инсталира прецизен шунтов резистор на входа на инструменталния усилвател на устройството за събиране на данни (на фиг. 2), за да се преобразува тока в напрежение на измерване, като в крайна сметка се получи резултат, който ясно отразява сигнал на изхода на преобразувателя.

За да разберете по-добре принципа на работа на токова верига, помислете например за дизайн на системата с преобразувател, който има следните технически характеристики:

Преобразувателят се използва за измерване на налягането
Преобразувателят се намира на 2000 фута от измервателното устройство
Токът, измерен от устройството за събиране на данни, предоставя на оператора информация за размера на налягането, приложено към преобразувателя

Нека започнем да разглеждаме примера, като изберем подходящ конвертор.

Текущ дизайн на системата

Избор на конвертор

Първата стъпка в проектирането на текуща система е изборът на конвертор. Независимо от вида на измерваната променлива (дебит, налягане, температура и т.н.), важен фактор при избора на преобразувател е неговото работно напрежение. Само свързването на източник на захранване към преобразувателя ви позволява да регулирате количеството ток в комуникационната линия. Захранващото напрежение трябва да бъде в приемливи граници: по-високо от изискваното минимално и по-малко от максималната стойност, която може да повреди преобразувателя.

За текущата система в примера избраният преобразувател измерва налягането и има работно напрежение от 12 до 30 V. След като преобразувателят е избран, текущият сигнал трябва да бъде правилно измерен, за да се осигури точно представяне на налягането, приложено към преобразувателя .

Избор на устройство за събиране на данни за текущо измерване

Важен аспект, на който трябва да обърнете внимание при изграждането на токова система, е да предотвратите появата на токова верига в заземителната верига. Обичайна техника в такива случаи е изолацията. Използвайки изолация, можете да избегнете влиянието на земната верига, чието възникване е обяснено на фиг. 3.

Фиг.3. Заземителен контур

Заземителни контури се образуват, когато два свързани терминала във верига са с различни потенциали. Тази разлика въвежда допълнителен ток в комуникационната линия, което може да доведе до грешки в измерването.
Изолацията на устройството за събиране на данни се отнася до електрическото разделяне на земята на източника на сигнал от масата на входния усилвател на измервателното устройство, както е показано на Фигура 4.

Тъй като токът не може да тече през изолационната бариера, точките на заземяване на усилвателя и източника на сигнал са с еднакъв потенциал. Това елиминира възможността за неволно създаване на земна верига.

Фиг.4. Напрежение в общ режим и напрежение на сигнала в изолирана верига

Изолацията също така предотвратява повреда на устройството за събиране на данни, когато са налице високи напрежения в общ режим. Напрежението в общ режим е напрежение с еднаква полярност, което присъства и на двата входа на инструменталния усилвател. Например на фиг. 4. Както положителните (+), така и отрицателните (-) входове на усилвателя имат +14 V напрежение в общ режим. Много устройства за събиране на данни имат максимален входен диапазон от ±10 V. Ако устройството за събиране на данни няма изолация и напрежението в общ режим е извън максималния входен диапазон, можете да повредите устройството. Въпреки че нормалното (сигнално) напрежение на входа на усилвателя на фиг. 4 е само +2 V, добавянето на +14 V може да доведе до напрежение от +16 V
(Сигналното напрежение е напрежението между “+” и “-” на усилвателя, работното напрежение е сумата от напрежението в нормален и общ режим), което представлява опасно ниво на напрежение за събирателни устройства с по-ниско работно напрежение.

В изолация общата точка на усилвателя е електрически отделена от нулата. Във веригата на Фигура 4 потенциалът в общата точка на усилвателя е „повдигнат“ до ниво от +14 V. Тази техника води до падане на входното напрежение от 16 на 2 V. Сега, когато данните са събрани, устройството вече не е изложен на риск от повреда от пренапрежение. (Имайте предвид, че изолаторите имат максимално напрежение в общ режим, което могат да отхвърлят.)

След като устройството за събиране на данни е изолирано и защитено, последната стъпка в изграждането на токовия контур е да се избере подходящото захранване.

Избор на източник на захранване

Лесно е да определите кое захранване отговаря най-добре на вашите нужди. Когато работи в токова верига, захранването трябва да произвежда напрежение, равно или по-голямо от сбора на падовете на напрежението във всички елементи на системата.

Устройството за събиране на данни в нашия пример използва прецизен шунт за измерване на тока.
Необходимо е да се изчисли спадът на напрежението на този резистор. Типичният шунтов резистор е 249 Ω. Основни изчисления за ток на токова верига от 4 .. 20 mA
покажете следното:

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

От 249 Ω шунт можем да премахнем напрежение в диапазона от 1 до 5 V, като свържем стойността на напрежението на входа на устройството за събиране на данни към стойността на изходния сигнал на датчика за налягане.
Както споменахме, трансмитерът за налягане изисква минимално работно напрежение от 12 V с максимум 30 V. Чрез добавяне на спада на напрежението през прецизния шунтов резистор към работното напрежение на трансмитера, получаваме следното:

12 V+ 5 V=17 V

На пръв поглед е достатъчно напрежение от 17V, но е необходимо да се вземе предвид допълнителното натоварване на захранването, което се създава от проводници, които имат електрическо съпротивление.
В случаите, когато сензорът е разположен далеч от измервателни уреди, трябва да имате предвид коефициента на съпротивление на проводника, когато изчислявате токовия контур. Медните проводници имат съпротивление DC, което е право пропорционално на тяхната дължина. С примерния сензор за налягане трябва да отчетете 2000 фута дължина на комуникационната линия, когато определяте работното напрежение на захранването. Линейното съпротивление на едножилния меден кабел е 2,62 Ω/100 фута. Отчитането на това съпротивление дава следното:

Съпротивлението на едно ядро ​​с дължина 2000 фута ще бъде 2000 * 2,62 / 100 = 52,4 m.
Спадът на напрежението в едно ядро ​​ще бъде 0,02 * 52,4 = 1,048 V.
За да завършите веригата, са необходими два проводника, след което дължината на комуникационната линия се удвоява и
Общият спад на напрежението ще бъде 2,096 V. Това води до около 2,1 V поради разстоянието от преобразувателя до вторичното устройство, което е 2000 фута. Обобщавайки спадовете на напрежението във всички елементи на веригата, получаваме:
2,096 V + 12 V + 5 V = 19,096 V

Ако сте използвали 17 V за захранване на въпросната верига, тогава напрежението, подадено към преобразувателя за налягане, ще бъде под минималното работно напрежение поради спада на съпротивлението на проводниците и шунтовия резистор. Изборът на типично 24V захранване ще удовлетвори изискванията за мощност на инвертора. Допълнително има резерв на напрежение, за да поставите датчика за налягане на по-голямо разстояние.

С правилния преобразувател, устройство за събиране на данни, дължина на кабела и избрано захранване проектирането на обикновена токова верига е завършено. За по-сложни приложения можете да включите допълнителни измервателни канали в системата.