9. Измерение силы тока

9

9.Измерение силы тока

Вглаве 9 рассматриваются методы измерения силы тока с использованием встраиваемых устройств сбора данных, модулей FiledPoint и автономных измерительных приборов.

9.1.Обзор методов измерения тока

Визмерительных системах для передачи сигналов часто используется стандарт, называемый токовой петлей 4-20 мА. Токовая петля сочетает широкий динамический диапазон, причем минимальному значению тока (4 мА) соответствует нулевое значение измеряемой величины, с возможностью обнаружения обрывов в линиях соединения и обеспечения искробезопасности систем. К другим достоинствам токовой петли относятся разнообразие совместимых аппаратных средств, способность работать на больших расстояниях (до 2000 футов), а также низкая стоимость. Токовая петля 4-20 мА широко применяется в цифровых коммуникационных системах, системах управления и в системах, работающих с удаленными датчиками.

Токовая петля 4-20 мА предназначена для передачи информации от датчика сигналом тока. В примере на рис. 9-1 датчик уровня и электронная схема (для передачи сигналов тока на большие расстояния) смонтированы в одном корпусе. Питание датчика осуществляется от внешнего источника постоянного напряжения 24 В. Изменения выходного тока датчика связаны с физической величиной, воспринимаемой чувствительным элементом, в данном случае – с уровнем жидкости в резервуаре.

9. Измерение силы тока

Рис. 9-1. Схема подключения датчика с токовой петлей

Level Sensor – датчик уровня;

Remote Sensor Electronics – электронная схема для передачи сигналов тока на большие расстояния;

24 V Loop Supply – источник питания 24 В для токовой петли; DAQ Device Channel – канал устройства сбора данных;

DAQ Device Ground – заземление устройства сбора данных; Rp= 249 W Precision – прецизионный резистор 249 Ом

Устройство сбора данных воспринимает падение напряжения на резисторе Rp= 249 Ом. Согласно закону Ома ток вычисляется по формуле:

ImA = V(Volts)

R (kOhm)

Поскольку ток изменяется в диапазоне 4-20 мА, то при сопротивлении Rp= 249 Ом падение напряжения составляет от 0,996 В до 4,98 В, что находится в допустимом диапазоне входных напряжений устройства сбора данных. Приведенное выше выражение удобно для вычисления тока, однако обычно с помощью тока представляется измеряемая физическая величина. На рис. 9-2 диапазон измеряемых уровней в резервуаре составляет от 0 до 50 футов (L – уровень жидкости, I – ток). Ток 4 мА соответствует уровню 0 футов, а ток 20 мА соответствует уровню 50 футов.

9. Измерение силы тока

Рис. 9-2. Линейная зависимость между уровнем жидкости и током

Используя закон Ома и подставив Rp= 0,249 кОм, получим уровень L в единицах измеряемого напряжения:

L = 25´ V - 25 8´0,249 2

9.2.Измерение тока с помощьюVI NI-DAQ

На рис. 9-3 показана система определения уровня жидкости в резервуаре на основании результатов измерения тока.

Рис. 9-3. Система сбора данных для измерения тока

Transducer (Level Sensor) – преобразователь (датчик уровня); Analog-to-Digital Conversion (DAQ Device) – аналого-цифровое преобразование (устройство сбора данных);

Current Measurement (Tank Level) – измерение тока (уровень жидкости в резервуаре)

Поскольку многофункциональные устройства сбора данных ток непосредственно не измеряют, необходим прецизионный резистор,

9. Измерение силы тока

который включается последовательно в цепь токовой петли для формирования сигнала напряжения, как показано на рис. 9.1.

Блок-диаграмма измерения уровня отличается от блок-диаграммы измерения температуры (рис. 8.3) только наименованием и настройкой задачи.

9.3. Измерение тока с помощью автономного измерительного прибора

На рис. 9-4 изображена измерительная система, в которой для измерения тока используется автономный прибор. Этот прибор должен выполнять те же функции, что и устройство, непосредственно встраиваемое в компьютер.

Рис. 9-4. Система измерения тока на основе автономного прибора

Voltage (Sinusoid) – напряжение (синусоида); Analog-to-Digital Conversion (Instrument, DMM) – аналого-цифровое

преобразование (прибор – цифровой мультиметр);

IVI Driver Software (LabVIEW subVIs) – (подпрограммы LabVIEW subVI); DC Measurement (Voltage) – измерение силы постоянного тока

В блок-диаграмме (рис. 9-5) для измерения применяются VI из класса драйверов IVI. VI IviDmm Initialize использует логическое имя для создания сессии и инициализации прибора. VI IviDmm Configure Measurement настраивает прибор на режим измерения тока. VI IviDmm Read выполняет измерение, а VI IviDmm Close закрывает сессию.

Рис. 9-5. Блок-диаграмма измерения тока с использованием автономного прибора

9.Измерение силы тока

9.4.Измерение тока с помощьюVI FieldPoint

На рис. 9-6 показана система измерения тока на основе модулей

FieldPoint.

Рис. 9-6. FieldPoint система для измерения тока

Transducer (Level Sensor) – преобразователь (датчик уровня); Analog-to-Digital Conversion (FieldPoint System) – аналого-цифровое преобразование (система на основе модулей FieldPoint);

Current Measurement (Tank Level) – измерение тока (уровень жидкости в резервуаре)

В блок-диаграмме на рис. 9-9 для измерения тока используется VI FieldPoint. В рассматриваемом примере с помощью элемента управления FiledPoint I/O Point подключен модуль cFP-AI-100.

Рис. 9-7. Блок-диаграмма измерения тока с помощью модулей

FieldPoint