Двухпроводная линия связи.

Использует только два провода для передачи питания датчику и одновременно для передачи информационного сигнала в устройства обработки информации. На рис. 9.10 изображена структурная схема двухпроводного подключения измерительного устройства.

Р абота схемы:

И

Рис. 9.10. Двухпроводная линия связи.

змерительное устройство при нулевом входном физическом воздействии формирует сигнал 4мА, соответствующий нулевому значению выходного информационного сигнала. При изменении измеряемой физической величины от нуля (начало) до максимума диапазона измерения токовый сигнал на выходе изменяется от 4 мА до 20 мА. Схема измерения выходного тока измерительного преобразователя снимает сигнал с Rос вычисляет рассогласование и формирует управляющий сигнал на транзистор для стабилизации требуемого тока(преобразователь компенсационного типа). Нулевой сигнал 4 мА может складываться как сумма токов Х мА – ток через ИП и ток через сопротивление обратной связи RОС, равный также Y мА, которые в сумме дадут 4 мА. При изменении измеряемой физической величины изменится и ток на выходе. Например, при увеличении входного физического параметра до 50% от диапазона, выходной ток будет равен 12 мА, и будет стабилизироваться схемой компенсационного типа на данном уровне. Это значит, что возникает дополнительный ток через транзистор, равный 8 мА.

R_н необходим для преобразования тока в напряжение. В качестве него применяется резистор, имеющий стабильное сопротивление, мало зависящий от температуры, влажности, не подвержен старению и т. д. Например, берется резистор по ГОСТу номиналом 200..250Ом.

Достоинства: данная схема использует минимальное количество проводов.

Недостатки:

• из стандартных сигналов схема применима только для сигнала тока 4-20мА;

• невозможность гальванического разделения цепи питания и цепей сигнала, т.к. и питание, и сигнал передаются по одной цепи

Несмотря на указанные недостатки, двухпроводное включение измерительных устройств широко распространено. Это связано также с популярностью стандарта 4-20 мА.

Преимущества и недостатки линии связи с токовыми сигналами и сигналами напряжения.

Линии связи измерительных устройств с сигналами тока и с сигналами напряжения отличаются друг от друга тем, что возмущающие факторы внешней среды оказывают на них разное воздействие.

Представим линию связи с сигналом напряжения схемой замещения рис. 9.11.

Здесь UC – выходной сигнал измерительного устройства, а а Uвых – напряжение на выходе ЛС, или сигнал на входе устройства обработки информации. Rн – сопротивление приемника. В схеме протекают токи: Iвых – ток протекающий через нагрузку (через УОИ), Iу – ток утечки, протекающий как правило через изоляцию кабелей.

Ес – источник сигнала;

Rвн – внутренне сопротивление источника сигнала, у идеального источника напряжения Rвн →0, у реального оно составляет 1 ÷ 10 Ом;

Rлс (сопротивление линии связи) – 0 ÷ 10 Ом;

Rу (сопротивление утечки) – 1МОм и более;

Rн(сопротивление нагрузки) – 10Ком и более;

Рис. 9.11. ЛС напряжения.

Влияние сопротивлений линии связи и утечки

Выражение для Uвых: ,

где ε – ЭДС источника;

- потенциальные источники погрешности, т.к. создают падения напряжения в цепи сигнала. Эти составляющие необходимо минимизировать. Рассмотрим их влияние.

Ry – сопротивление изоляции как правило существенно выше Rн, следовательно Jу <Jвых и погрешность от утечки в линии связи по напряжению незначительна.

Rвн – определяется производителем/разработчиком измерительного устройства, при номинальном значении Jвых и при Jу <Jвых погрешность от Rвн не выходит за пределы основной погрешности измерительного устройства.

Rлс – определяется сечением, материалом, протяженностью проводника, качеством электрических контактов. Rлс может быть источником погрешности при использовании сигналов напряжения. Учитывать и компенсировать Rлс удается не всегда, т.к. на сопротивление провода оказывает влияние окружающая температура.

J вых – ток через нагрузку, определяется в основном значением Rн, если выбирать Rн выше, то Jвых соответственно будет ниже, и нежелательные падения напряжения в цепи сигнала тоже будут меньше.

Л

Рис. 9.12. Влияние ЭДС помехи.

иния связи представляет собой электрически замкнутую цепь, электрический контур. Электромагнитные волны вызывают возникновение ЭДС помехи в контуре, а следовательно возникает и ток помехи. Этот ток протекая по элементам контура создает падения напряжений. Чем выше сопротивление элемента контура, тем выше падение напряжения, тем выше рассеиваемая мощность помехи на этом элементе. В линии связи по напряжению самое высокое сопротивление у Rн, т.е. самое высокое падение напряжения. Отсюда можно сделать вывод, что линии связи по напряжению чувствительна к электромагнитным помехам. А т.к. площадь контура зависит от протяженности линии связи, то, чем протяженнее линия связи, тем больше помех она «собирает».

Представим линию связи с сигналом тока схемой замещения рис. 9.13.

R

Рис. 3.6.

вн – внутренне сопротивление источника сигнала, у идеального источника тока Rвн → ∞, у реального оно составляет 10000 ÷ 1000000 Ом;

Rлс (сопротивление линии связи) – 0 ÷ 10 Ом;

Rу (сопротивление утечки) – 1МОм и более;

Rн(сопротивление нагрузки) – 100 – 500 Ом, типовое значение 250 Ом;

З

Рис. 9.13. ЛС тока.

десь Uс – выходной сигнал измерительного устройства, а Uвых – напряжение на выходе ЛС, или сигнал на входе устройства обработки информации.

В схеме протекают токи: Iвых – ток на выходе ЛС, протекающий через нагрузку (через УОИ), Iу – ток утечки, протекающий как правило через изоляцию кабелей.

Влияние сопротивлений линии связи и утечки

Выражение для Uвых:

, Rн в данном случае нормирующий резистор, преобразующий ток в напряжение. Его точность и стабильность пропорционально отражаются на сигнале.

Из представленных выражений видно, что Uвых не зависит от Rлс (0 ÷ 10 Ом). Погрешность может внести завышенный ток утечки, обусловленный низким сопротивлением изоляции. Снижение сопротивления изоляции может возникнуть из за воздействия факторов окружающей среды и нарушения условий эксплуатации (перепады температур, влажность, механические повреждения изоляции…).

Влияние ЭДС помехи на сигнал тока незначительно ввиду того, что сопротивление приемника много меньше сопротивления источника сигнала.