4.5.3. Двопровідна лінія зв'язку.

Використовує тільки два проведення для передачі живлення датчику й одночасно для передачі інформаційного сигналу в пристрої обробки інформації. На рис.4.25 зображена структурна схема двопровідне підключення вимірювального пристрою.

Рис. 4.25.

Робота схеми. Вимірювальний пристрій при нульовому вхідному фізичному впливі формує сигнал 4мА, відповідний до нульового значення вихідного інформаційного сигналу. При зміні вимірюваної фізичної величини від нуля (початок) до максимуму діапазону виміру струмовий сигнал на виході змінюється від 4 мА до 20 мА. Схема виміру вихідного струму вимірювального перетворювача знімає сигнал з R_ос обчислює неузгодженість і формує керуючий сигнал на транзистор для стабілізації необхідного струму(перетворювач компенсаційного типу). Нульовий сигнал 4 мА може складатися як сума струмів Х мА – струм через ВП і струм через опір зворотного зв'язку R_ОС, рівний також Y мА, які в сумі дадуть 4 мА. При зміні вимірюваної фізичної величини зміниться й струм на виході. Наприклад, при збільшенні вхідного фізичного параметра до 50% від діапазону, вихідний струм буде рівний 12 мА, і буде стабілізуватися схемою компенсаційного типу на даному рівні. Це значить, що виникає додатковий струм через транзистор, рівний 8 мА.

R_норм необхідний для перетворення струму в напругу. У якості його застосовується резистор, що має стабільний опір, що мало залежить від температури, вологості, не підданий старінню і т. Д. Наприклад, береться резистор за ДСП номіналом 200..250Ом.

Переваги: дана схема використовує мінімальну кількість проводів.

Недоліки:

• зі стандартних сигналів схема застосовна тільки для сигналу струму 4-20мА;

• неможливість гальванічного поділу ціпі живлення й ланцюгів сигналу, тому що й живлення, і сигнал передаються по одному ланцюгу

Незважаючи на зазначені недоліки, двопровідне включення вимірювальних пристроїв широко поширене. Це зв'язане також з популярністю стандарту 4-20 мА.

4.6. Характеристики лінії зв'язку зі струмовими сигналами й сигналами напруги.

Лінії зв'язку вимірювальних пристроїв із сигналами струму й із сигналами напруги відрізняються друг від друга тим, що фактори, що обурюють, зовнішнього середовища виявляють на них різний вплив.

ЛЗ напруги. Представимо лінію зв'язку із сигналом напруги схемою заміщення (рис. 4.26). Тут у схемі протікають струми: Iвых – струм, що протікає через навантаження ( через УОИ), Iу – струм витоку, що протікає як правило через ізоляцію кабелів.

Рис. 4.26. Схема електрична розрахункова лінії зв'язку по напрузі: Ес – джерело сигналу; Rвн – внутрішньо опір джерела сигналу, в ідеального джерела напруги Rвн →0, у реального воно становить 1 ÷ 10 Ом; Rлс (опір лінії зв'язку) – 0 ÷ 10 Ом; Rу (опір витоку) – 1Мом і більш; Rнагр(опір навантаження) – 10Кому й більш; UC – вихідний сигнал вимірювального пристрою, а Uвых – напруга на виході ЛС, або сигнал на вході пристрою обробки інформації; Rн – опір приймача.

Вплив опорів лінії зв'язку й витоку (рис.4.27)

Рис. 4.27.

Рис. 4.28.

Вираз для U_вых:

ε – ЕРС джерела;

- потенційні джерела погрішності, тому що створюють спадання напруги в ланцюзі сигналу. Ці складові необхідно мінімізувати.

R_y – опір ізоляції як правило істотне вище R_н, отже J_у <J_вых і погрішність від витоку в лінії зв'язку по напрузі незначна.

R_вн – визначається виробником/розроблювачем вимірювального пристрою, при номінальному значенні J_вых і при J_у <J_вых погрішність від R_вн не виходить за межі основної погрішності вимірювального пристрою.

R_лс – визначається перетином, матеріалом, довжиною провідника, якістю електричних контактів. R_лс може бути джерелом погрішності при використанні сигналів напруги. Ураховувати й компенсувати R_лс вдається не завжди, тому що на опір проведення впливає навколишня температура.

J_вых – струм через навантаження, визначається в основному значенням R_н, якщо вибирати R_н вище, те J_вых відповідно буде нижче, і небажані спадання напруги в ланцюзі сигналу теж будуть менше.

Вплив ЕРС перешкоди (помехи) (рис. 4.28). ЛЗ являє собою электрически замкнену ланцюг, електричний контур. Електромагнітні хвилі викликають виникнення ЭДС перешкоди в контурі, а отже виникає й струм перешкоди. Цей струм протікаючи по елементах контуру створює падіння напруг. Чим вище опір елемента контуру, тем вище спадання напруги, тем потужність, що вище розсіюється, перешкоди на цьому елементі. У лінії зв'язку по напрузі найвищий опір в R_н, тобто найвище спадання напруги. Звідси можна зробити вивід, що лінії зв'язку по напрузі чутлива до електромагнітних перешкод. А тому що площа контуру залежить від довжини лінії зв'язку, те, чим довша лінія зв'язку, тим більше перешкод вона «збирає».

ЛЗ струму (рис.4.29).

Рис. 4.29.

Рис. 4.30

R_вн – внутрішньо опір джерела сигналу, в ідеального джерела струму R_вн → ∞, у реального воно становить 10000 ÷ 1000000 Ом;

R_лс (опір лінії зв'язку) – 0 ÷ 10 Ом;

R_у (опір витоку) – 1Мом і більш;

R_нагр(опір навантаження) – 100 – 500 Ом, типове значення 250 Ом;

Тут U_с – вихідний сигнал вимірювального пристрою, а U_вых – напруга на виході ЛЗ, або сигнал на вході пристрою обробки інформації.

R_н – опір приймача.

У схемі протікають струми: I_вых – струм на виході ЛЗ, що протікає через навантаження ( через УОИ), I_у – струм витоку, що протікає як правило через ізоляцію кабелів.

Вплив опорів лінії зв'язку й витоку (рис.4.30). Вираження для U_вых:

, Rн у цьому випадку резистор, що нормує, перетворить струм у напругу. Його точність і стабільність пропорційно відбиваються на сигналі.

Із представлених виражень видне, що U_вых не залежить від R_лс (0 ÷ 10 Ом). Погрішність може внести завищений струм витоку, обумовлений низьким опором ізоляції. Зниження опору ізоляції може виникнути через вплив факторів навколишнього середовища й порушення умов експлуатації (перепади температур, вологість, механічні ушкодження ізоляції…).

Вплив ЭДС перешкоди на сигнал струму незначно через те, що опір приймача багато менше опору джерела сигналу.