2.4. Нормувальні перетворювачі

Для перетворення вихідних сигналів первинних перетворювачів в уніфікований сигнал використовуються нормувальні перетворювачі. Особливої актуальності такі датчики набувають у системах автоматичного контролю та керування - АСКТП та ІВС, оскільки мікропроцесорні системи в основному працюють з уніфікованими сигналами 0.5 і 4.20мА.

А. Нормувальні перетворювачі для роботи з термоелектричними термометрами

Для перетворення термоЕРС термоелектричних термометрів в уніфіковані сигнали постійного струму типу 0.5; 0.20; 4.20 мА використовуються нормувальні перетворювачі. Промисловість України випускає перетворювачі таких типів: Ш78; П282; Ш705 з класами точності 0,4; 0,5; 1,0 та навантажувальними вихідними опорами 10; 2,5; 1; 0,5 кому.

Принцип дії нормувальних перетворювачів (рис.2.6) ґрунтується на статичній автокомпенсації. Сигнал E(t;t_o) від термоелектричного термометра подається на вимірювальний міст постійного струму і далі — на вхід підсилювача Е_ПП. Вимірювальний міст складається з манганінових резисторів R₁, R₂, R₃ і мідного резистора R_М, за допомогою якого вводитися термокомпенсація вільних кінців термоелектричного термометра. Резистор R_М розміщується поряд з вільними кінцями термометра. ТермоЕРС термоелектричного термометра за допомогою мосту постійного струму коригується шляхом зміни падіння напруги вимірювальної діагоналі ( з-d) за рахунок мідного резистора R_М. Загальний сигнал термоелектричного термометра і вимірювальної діагоналі компенсуючого мосту дорівнює E(t;t_o)+U_cd.

Рис. 2.6. Принципова схема нормувального перетворювача для роботи з термоелектричним термометром

Рис. 2.7. Принципова схема нормувального перетворювача для роботи з терморезисторним термометром

Електронний підсилювач Е_ПП виконаний за схемою модулятор-демодулятор. Демодульований сигнал підсилюється електронним підсилювачем постійного струму, вихідний струм І_вих якого, проходячи через навантажувальний резистор R_М подається на пристрій зворотного зв'язку П_ЗЗ. Струм зворотного зв'язку І₃₃, проходячи через резистор R_зз зворотного зв'язку, створює падіння напруги Uзз на ньому, яку компенсує загальний сигнал термоелектричного термометра:

E(t; t₀) Ucd = U_зз.

Нескомпенсований сигнал ΔU=U_33-E(t;t₀)-Ucd підсилюється підсилювачем Е_П, що спричиняє зміну вихідного струму І_вих, струму зворотного зв'язку І_зз, зміни компенсуючої напруги U_зз і зрештою рівноваги сигналів схеми.

Б. Нормувальні перетворювачі для роботи з терморезисторними перетворювачами

Для лінійного перетворення пасивного сигналу-опору термометра R_t в уніфікований сигнал постійного струму 0.5 і 4.20 мА призначені нормувальні перетворювачі типів Ш79; ІІ282 і Ш703 з класами точності 0,4; 0,5; 1,0 і навантажувальними опорами 2,5; 1; 0,5 кому.

Принцип дії нормувальних перетворювачів ґрунтується на статичній автокомпенсації. До складу перетворювача (рис.2.7) входять такі основні вузли: вимірювальний міст ВМ постійного струму з джерелом стабілізованого живлення (ДСЖ), електронний підсилювач ЕПП, пристрій від'ємного зворотного зв'язку ПЗЗ та навантажувальний опір R_н і опір зворотного зв'язку R_зз.

Вимірювальний міст ВМ складається із чотирьох манганінових резисторів R₁, R₂, R₃, R₄, термометра опору R_t та двох резисторів ліній зв'язку R_л. У діагональ живлення а-b мосту увімкнено джерело живлення постійного струму, а вимірювальна діагональ із-d під'єднана до електронного підсилювача Е_ПП.

Електронний підсилювач Е_ПП зібраний за схемою модулятор-демодулятор. Модульований сигнал підсилюється електронним підсилювачем, вихідний струм І_вих якого проходячи через резистор R_зз подається на пристрій зворотного зв'язку П_ЗЗ. Струм І_зз проходячи через резистор зворотного зв'язку R_зз спричиняє на ньому падіння напруги U_зз, яку компенсує падіння напруги U_cd вимірювальної діагоналі вимірювального мосту ВМ:

U_cd = U_зз.

Початковому опорові Rt у вимірювальній діагоналі з-d відповідає сигнал, рівний нулю Ucd=0 і вихідний струм І_вих=0,З підвищенням температури в об'єкті вимірювання збільшується опір Rt падіння напруги у вимірювальній діагоналі з-d і пропорційно зростає вихідний струм Iвих нормувального перетворювача.

Крім наведених нормувальних перетворювачів останнім годиною з'явилося багато нових перетворювачів температури, тиску, перепаду тиску та інших величин з уніфікованими сигналами постійного струму, які випускаються як державними, так і малими спеціалізованими підприємствами.