2.3. Измерители-регуляторы микропроцессорного типа.
На современном этапе развития измерительных приборов, как средств отображения информации, все более широкое распространение получают цифровые показывающие измерительные приборы со встроенной функцией регулирования на базе микропроцессорных средств.
Назначение таких средств – отображение и регулирование (аналоговое и дискретное) технологических параметров, измерение которых преобразовано в токовый сигнал и сигнал напряжения, а также для работы с преобразователями температуры стандартных градуировок (типов НСХ).
измерительные датчики
входы
Рис.2.3. Функциональная схема цифрового измерителя-регулятора (на примере изделий фирмы «Овен»)
Основные функции элементов этой схемы:
Входыслужат для подключения к прибору различных типов первичных измерительных преобразователей (датчиков). Количество одновременно подключаемых входов (каналов) может быть 1, 2 и 8. Однако, некоторые фирмы выпускают измерители и на большее число каналов. (10, 12, 16, 20).
Входы могут иметь различные модификации:
- для подключения ТПС (10М; 50М; 100М; 50П…)
-для подключения термопар (ТХА; ТХК; ТПП…)
-для подключения датчиков с выходным унифицированным токовым сигналом (0 … 5мА; 0… 20мА; 4…20мА)
-для подключения датчиков с выходным унифицированным аналоговым сигналом по напряжению (0…1В)
В многоканальных приборах ко всем входам подключаются датчики только одного типа. Тип датчика устанавливается пользователем при покупке.
Блок обработки входного сигнала.
В блоке обработки входного сигнала осуществляется:
а) коррекция измерений (компенсация
погрешностей датчиков) используется
для компенсации погрешностей, вносимых
сопротивлениями соединительных линий
(проводов) при использовании двухпроводной
схемы подключения термопреобразователя
сопротивления и при отклонении значения
(относительное сопротивление,
характеризующее степень частоты
термометрического материала – от
номинального).
б) цифровая фильтрация позволяет защитить измерительный тракт от сильных единичных помех и снижает действие небольших высокочастотных помех.
в) Вычисление дополнительных величин.
В ряде измерителей – регуляторов кроме
вычисления измеряемой величины и ее
поддержания есть вычислитель разности
водных сигналов температуры с двух
термопреобразователей сопротивления:
.
Наиболее часто эта возможность
используется для регулирования влажности:
прибор поддерживает значение
,
установленное по психрометрической
таблице в соответствии со значением
влажности. Некоторые приборы имеют
вычислитель влажности с заложенными
значениями психрометрической таблицы,
что позволяет поддерживать и измерять
непосредственно влажность. Приборы
других модификаций имеют вычислитель
квадратного корня, который может
преобразовывать квадратичную
характеристику дифманометров в линейную
при измерении расхода методом переменного
перепада давления.
Логические устройства (ЛУ) в соответствии с заданными пользователем параметрами, формируют сигналы управления, которые через выходные устройства (реле, транзисторные ключи и т.п.) подаются на исполнительные механизмы.
Режимы работы логических устройств:
а) измеритель-регистратор
При работе в режиме «измеритель - регистратор» ЛУ преобразует входную величину в аналоговый сигнал в виде тока 4-20мА, который можно подавать на самописец или другое регистрирующее устройство.
б) двухпозиционный регулятор (релейный, «вкл./выкл.», компаратор)
В режиме двухпозиционного регулятора (компаратора) ЛУ сравнивает значение входной величины с установками и выдает управляющий сигнал на выходное устройство в соответствии с заданной логикой. Выходной сигнал двухпозиционного регулятора может иметь только два значения: максимальное и минимальное. Одно из них включает, а другое выключает выходное устройство. Поэтому для работы ЛУ в режиме двухпозиционного регулятора требуется выходное устройство ключевого типа (реле, транзисторная оптопара или оптосимистор).
в) аналоговый регулятор (или просто «регулятор»)
В режиме аналогового регулятора ЛУ рассчитывает отклонение Е текущего значения контролируемой величины Т от заданной установки Туст. (т.е. рассогласование). В результате на выходе регулятора вырабатывается аналоговый сигнал Y, который направлен на уменьшение рассогласования Е. Этот сигнал подается на исполнительное устройство регулятора в виде тока или последовательности импульсов (ШИМ).
Если в качестве выходных устройств прибора используются реле, выходной сигнал преобразуется в последовательность управляющих импульсов с длительностью D.
,
где D - длительность импульса, с
Тсл – период следования импульсов, с (задается пользователем при программировании)
Y – выходной сигнал регулятора
Если в качестве выходного устройства используется ЦАП, выходной сигнал преобразуется в пропорциональный ему ток 4-20мА.
Наиболее распространенный и эффективный вид регулирования, осуществляющийся в приборах, является пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) вид регулирования.
Выходные устройства (ВУ) предназначены для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы либо передачи данных на регистрирующее устройство.
В микропроцессорных приборах используются выходное устройство ключевого типа и выходное устройство аналогового типа.
К выходным устройствам ключевого типа относятся:
- электромагнитное реле
- транзисторная оптопара
- симисторная оптопара
Выходное устройство аналогового типа – это, как правило, цифроаналоговый преобразователь, который формирует токовую петлю 4-20мА на активной нагрузке 0-1000Ом. Выходное устройство аналогового типа имеет гальваническую развязку от схемы прибора.
Рис. 2.4.Внешний вид измерителя-регулятора температуры микропроцессорного типа ОВЕН 2ТРМ1.
Терморегулятор ОВЕН 2ТРМ1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п).