7. Електропневматичні перетворювачі

Електропневматичні перетворювачі (рис. 9) перетворюють аналоговий сигнал струму (0 .5 мА) в уніфікований пропорційний пневматичний аналоговий сигнал (20 . 100 кПа). Принцип роботи ґрунтується на пневмосиловій компенсації змінного струмового вхідного сигналу. При проходженні вхідного струму Івх через котушку 2 електромагніта 1 виникає тягове зусилля Р1 яке переміщує важіль 5. При цьому змінюється відстань δ між заслінкою 3 і соплом 4, що викликає зміну тиску в лінії сопла, який надходить на пневмопідсилювач 9. Одночасно зі зміною пневматичного сигналу на виході підсилювача тиск подається на сильфон зворотного негативного зв'язку 6. Зусилля сильфона Рзз спрямоване зустрічно тяговому зусиллю Р1 електромагніта 1. Тиск на виході змінюватиметься до повного урівноваження моментів обох зусиль Р1∙АО=Рзз∙ВС, а вихідний пневмосигнал стане пропорційним вхідному струмовому сигналові. Пружина 8 призначена для гасіння автоколивань важільної системи перетворювача, а зі зміщенням її на важелі 5 змінюється коефіцієнт пропорційності. Пружиною 7 встановлюється початок діапазону перетворення (20 кПа) при початковому значенні вхідного струмового сигналу, що дорівнює 0. Промислові електропневмоперетворювачі типу ЕПП мають класи точності: 0,6; 1,0.

Рис. 9. Принципова схема електропневматичного перетворювача

8. Пневмоелектричні перетворювачі

Пневмоелектричні перетворювачі (рис. 10 ) перетворюють уніфікований пневматичний сигнал (20—100 кПа) у пропорійний аналоговий сигнал постійного струму (0 .5 мА). Принцип їх роботи ґрунтується на електросиловій компенсації змінного пневматичного вхідного сигналу. При зміні вхідного тиску Рвх, який підводиться до трубчастої пружини 1, вільний її кінець переміщується і завдяки пружині 6 переміщує важіль 3 із зусиллям Р1.

Рис. 10. Принципова схема пневмосилового перетворювача

На протилежному кінці важіля 3 розташована алюмінієва пластина 4,за допомогою якої змінюється частота коливального контура LC перетворювача. Електронний підсилювач 5 перетворює зміну частоти у струмовий вихідний сигнал Івих, який, проходячи через котушку 6 електромагніта 7 зворотного негативного зв'язку, утворює зусилля зворотного зв'язку Рзз. При зрівноваженні механічного й електричного моментів Р1 АО = Рзз ВО на виході перетворювача формується вихідний струмовий сигнал, пропорційний вхідному пневматичному сигналові. При цьому механічне зусилля Р1 трубчастої пружини зрівноважується зусиллям Р2 електромагніта зворотного зв'язку. Пружиною 2 встановлюється початок діапазону перетворень вхідного тиску, що дорівнює 20 кПа. Пневмоелектроперетворювачі типу ПЕ випускаються з такими класами точності: 0,6 і 1,0.

Крім наведених перетворювачів сигналів, йде промислове освоєння випуску нових перетворювачів, що базуються на нових принципах і методах вимірювання та мають вищі класи точності.

9. Нормувальні перетворювачі

Для перетворення вихідних сигналів первинних перетворювачів (термоелектричних, терморезисторних та інших датчиків) в уніфікований сигнал використовуються нормувальні перетворювачі. Особливої актуальності такі датчики набувають у системах автоматичного контролю та керування — АСУТП 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 кОм.

Принцип дії нормувальних перетворювачів (рис. 11) ґрунтується на статичній автокомпенсації. Сигнал E(t;to) від термоелектричного термометра подається на вимірювальний міст постійного струму і далі — на вхід підсилювача ЕПП. Вимірювальний міст складається з манганінових резисторів R1, R2, R3 і мідного резистора RМ, за допомогою якого вводиться термокомпенсація вільних кінців термоелектричного термометра. Резистор RМ розміщується поряд з вільними кінцями термометра. ТермоЕРС термоелектричного термометра за допомогою моста постійного струму коригується шляхом зміни падіння напруги вимірювальної діагоналі (с—d) за рахунок мідного резистора RМ. Загальний сигнал термоелектричного термометра і вимірювальної діагоналі компенсуючого моста дорівнює E(t;to)+Ucd.

Рис. 11. Принципова схема нормувального перетворювача для роботи з термоелектричним термометром

Електронний підсилювач ЕПП виконаний за схемою модулятор-демодулятор. Демодульований сигнал підсилюється електронним підсилювачем постійного струму, вихідний струм Івих якого, проходячи через навантажувальний резистор RМ подається на пристрій зворотного зв'язку ПЗЗ. Струм зворотного зв'язку І33, проходячи через резистор Rзз зворотного зв'язку, створює падіння напруги Uзз на ньому, яке компенсує загальний сигнал термоелектричного термометра:

E(t; t0) Ucd = Uзз. (9.6.)

Нескомпенсований сигнал ΔU = U33 - E(t; t0) - Ucd підсилюється підсилювачем ЕП, що спричиняє зміну вихідного струму Івих, струму зворотного зв'язку Ізз, зміни компенсуючої напруги Uзз і зрештою рівноваги сигналів схеми.

Б. Нормувальні перетворювачі для роботи з терморе-зисторними перетворювачами

Для лінійного перетворення пасивного сигналу-опору термометра Rt 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 кОм.

Принцип дії нормувальних перетворювачів ґрунтується на статичній автокомпенсації. До складу перетворювача (рис. 12) 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 Rн і опір зворотного зв'язку Rзз.

Рис. 12. Принципова схема нормувального перетворювача для роботи з терморезисторним термометром

Вимірювальний міст ВМ складається із чотирьох манганінових резисторів R1, R2, R3, R4, термометра опору Rt та двох резисторів ліній зв'язку Rл. У діагональ живлення а—b моста увімкнено джерело живлення постійного струму, а вимірювальна діагональ с—d під'єднана до електронного підсилювача ЕПП.

Електронний підсилювач ЕПП зібраний за схемою модулятор-демодулятор. Модульований сигнал підсилюється електронним підсилювачем, вихідний струм Івих якого проходячи через резистор Rзз подається на пристрій зворотного зв'язку ПЗЗ. Струм Ізз проходячи через резистор зворотного зв'язку Rзз спричиняє на ньому падіння напруги Uзз, яке компенсує падіння напруги Ucd вимірювальної діагоналі вимірювального моста ВМ:

Ucd = Uзз. (9.7)

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

Крім наведених нормувальних перетворювачів останнім часом 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.