2.3.2. Преобразователи с унифицированными электрическими сигналами

Связь электрических, пневматических и гидравлических приборов осуществляется преобразователем сигналов. Для преобразования измерительной информации в унифицированный сигнал ГСП применяются преобразователи, работающие на принципе силовой компенсации.

На рис. 2.5 приведена функциональная схема унифицированного преобразователя с электросиловой компенсацией. Измеряемая физическая величина чувствительным элементом измерительного устройства 1

Рисунок 2.5 Функциональная схема унифицированного

электросилового преобразователя

преобразуется в усилие Р, которое через рычаг 2 уравновешивается усилием Р_ОС, создаваемым магнитоэлектрическим устройством обратной связи. Перемещение рычага 2 через передачу 5 вызывает смещение подвижной части дифференциального трансформатора 6. Сигнал рассогласования переменного тока усиливается усилителем 7. С выхода усилителя выпрямленный сигнал поступает в линию дистанционной передачи и одновременно в рамку 8 магнитоэлектрического электросилового преобразователя 9, где он преобразуется в пропорциональное механическое усилие обратной связи Р_ОС. Таким образом, величина постоянного тока на выходе пропорциональна измеряемой физической величине. Настройка на заданный предел измерения осуществляется перемещением сухаря 3. Начальное значение выходного сигнала устанавливается пружиной 4 корректора нуля.

На рис. 2.6 приведена функциональная схема унифицированного преобразователя частотно-силового типа. В этом преобразователе механическое усилие трансформируется в частоту колебаний струнного элемента. Измеряемая величина преобразуется в пропорциональное давление Р, которое через рычаг 2 передается струне 4, находящейся в поле постоянного магнита 7. при этом частота поперечных колебаний струны изменяется пропорционально значению измеряемой величины:

где - длина струны;

 - плотность материала струны;

 - механическое напряжение в струне.

В колеблющейся струне возникает э.д.с., которая после усиления поступает на выход преобразователя. Настройка датчика на заданный диапазон осуществляется изменением места закрепления рычага 2 в опоре 5 и пружиной корректора 3.

Рисунок 2.6 Функциональная схема унифицированного

частотного преобразователя

Электросиловые и частотно-силовые преобразователи ГСП предназначены для работы с вторичными приборами, в том числе цифровыми.

Существуют электропневматические преобразователи, в которых унифицированный электрический сигнал преобразуется в унифицированный пневматический сигнал, а также пневмоэлектрические преобразователи, осуществляющие обратное преобразование пневматического сигнала в электрический.

В некоторых отраслях промышленности находят применение электрогидравлические преобразователи.

2.4. Дистанционные измерения

2.4.1. Методы дистанционной передачи результатов измерения

При централизованном контроле и управлении технологическими процессами результаты измерения технологических параметров необходимо передавать от датчиков к единому контрольному или регулирующему устройству. Расстояние передачи может изменяться в больших пределах: от десятка метров до нескольких километров. На больших расстояниях проводной канал связи может заменяться радиоканалом. Схему дистанционной передачи результатов измерений в общем виде можно представить структурой по рис. 2.7. Измеряемый параметр первичным преобразователем 1 преобразуется в сигнал С₁, который подается на вход передающего преобразователя 2. Здесь сигнал преобразуется к виду С₂, удобному для подачи в канал связи. На приемной стороне сигнал С₃ поступает на вход приемника 3, где он формируется (например усиливается) в виде унифицированного сигнала С₄, воздействующего на вторичный прибор 4. Основу первичного преобразователя 1 составляет чувствительный элемент. Количество серийно выпускаемых первичных преобразователей очень велико. Так, например, для измерения температуры существует более 150 типов различных первичных преобразователей, для измерения давления – более 60. Конкретный первичный преобразователь выбирается исходя из вида и предела измерения, а также условий эксплуатации.

Выбор передающего преобразователя зависит от используемого канала связи. В зависимости от условий применяют электрический и (реже)

Рисунок 2.7 Дистанционная передача результатов измерения

пневматический или гидравлический каналы связи. При использовании электрического канала измерительный сигнал преобразуется в пропорциональный электрический параметр: ток, напряжение, частота, импульсы тока. Метод преобразования сигнала в величину электрического тока или напряжения называется методом интенсивности. В устройствах, использующих этот метод, передающий преобразователь нагружен непосредственно на линию. Передача сигнала осуществляется обычно постоянным током. Это исключает влияние индуктивности и емкости линии и позволяет использовать на приемной стороне магнитоэлектрические приборы, обладающие высокой точностью. Погрешность дистанционных измерений по методу интенсивности, обусловленная влиянием линии, не превышает 2 – 3%.

Для исключения влияния линии на информационный сигнал используют передающие преобразователи частотного или импульсного типа: число-импульсные, время-импульсные и кодо-импульсные.

В частотных преобразователях измеряемая величина изменяет частоту переменного тока, передаваемого в канал связи. На приемной стороне частотный сигнал измеряется частотомером. В этом случае изменение параметров линии R, L, С не влияет на результат измерения.

В число-импульсных устройствах измеряемый сигнал преобразуется в пропорциональное число импульсов. На приемной стороне это число считывается специальным электронным счетчиком.

Во время-импульсных (широтно-импульсных) преобразователях в зависимости от значения измеряемой величины изменяют длительность импульсов.

В кодо-импульсных измеряемая величина передается в виде определенной комбинации импульсов – кода. Это позволяет получать информацию в цифровом виде и обеспечивает высокую помехоустойчивость.