Устройство и работа преобразователя
Преобразователь измерительный избыточного давления Сапфир-22-Ех-М - ДИ, модель 2140, с мембраной из титанового сплава, с пределом допускаемой погрешности v= 0.25 % с верхним пределом измерений 0-160 кПа, с выходным сигналом 4-20 мА, состоит из измерительного блока и электронного устройства. Электронное устройство преобразователя преобразует изменение сопротивления в токовый выходной сигнал. Измеряемый параметр (избыточное давление) подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезистора тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке.Электронное устройство преобразователя преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.
Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС-кремний на сапфире), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.
Принципиальная схема преобразователя Сапфир-22-Ек-М-ДИ модели 2140 представлена на рисунке 1. Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 9 в замкнутой полости 11, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 8. Мембраны 8 приварены по наружному контуру к основанию 9 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 10 уплотнены прокладками 3.
Воздействие измеряемого давления, подаваемого в камеру 7, вызывает прогиб мембраны 8, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивление тензорезисторов. (Камера 12 сообщена с атмосферой).
Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермоввод 2.
Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при такой перегрузке одна из мембран 8 ложится на профилированную поверхность основания 9.
Рисунок 1 - Схема преобразователя Сапфир 22 - Ex - М - ДИ модели 2140
Электронный преобразователь смонтирован на трех платах 5,7,9 (рисунок 2), размещенных внутри специального корпуса 6. Плата 9 закрыта кожухом 10, который крепится двумя винтами 16. Корпус 6 закрыт крышками 4 и 8, уплотненными кольцами. Преобразователь имеет сальниковый кабельный ввод 13, клеммную колодку 1 для присоединения жил кабеля, винт 2 для подсоединения экрана, в случае экранированного кабеля, и болт 14 для заземления корпуса. Клеммная колодка закрыта крышкой 15.
Рисунок 2 - Электронный преобразователь
Корректоры 11 и 12 служат соответственно для плавной настройки диапазона и "нуля" выходного сигнала.
Перемычки ХВ5 и ХВ6 служат для ступенчатого смещения "нуля", перемычки ХВ7 - для ступенчатой настройки диапазона выходного сигнала.
Электрическая схема электронного преобразователя с предельными значениями выходного сигнала 4-20 мА приведена на рисунке 3.
Электронный преобразователь (ПЭС) включает в себя:
- преобразователь изменения сопротивления тензомоста в выходной токовый сигнал, выполненный в виде отдельной микросборки 2ПСТ-М;
- элементы, обеспечивающие работу 2ПСТ-М в заданных режимах;
- элементы, входящие в схему температурной компенсации и линеаризации выходной характеристики измерительного блока;
- элементы для настройки начального значения выходного токового сигнала и диапазона измерений.
Рисунок 3 - Принципиальная электрическая схема преобразователя
Сапфир - 22 - Ex - М – ДИ
Транзисторы VT1 и VT2, функционально связанные со схемой 2ПСТ-М (D1) и имеющие повышенную мощность рассеяния, размещены непосредственно на печатной плате (А1). На этой же печатной плате с микросборкой 2ПСТ-М размещены также резисторы R2, R4, R6, R7, R10, определяющие работу D1 заданными характеристиками.
Электрическая принципиальная схема микросборки 2ПСТ-М приведена на рисунке 4.
Основное функциональное назначение элементов микросборки 2ПСТ-М следующее;
Транзисторы VT1-1, Dl, D2 входят в схему стабилизатора напряжения (СН), в котором опорный сигнал формируется на параметрическом стабилитроне VD1. Необходимый ток стабилизации VD1 задается регулировкой сопротивления резистора R2, расположенного на плате А1. В выходной цепи СН установлен усилитель мощности, выполненный на транзисторе VT1, который снабжен радиатором и расположен на плате А1. Выходное напряжение СН снимается с эмиттера этого транзистора. Величина стабилизированного напряжения определяется глубиной отрицательной обратной связи указанного усилителя мощности, которая регулируется изменением сопротивления R1 платы А1.
Рисунок 4 - Электрическая схема микросборки 2ПТС – М
Ток питания тензочувствительной схемы задается от стабилизатора тока (СТ), собранного по схеме балансного усилителя на транзисторах D4, D5, VT2, D6, D7. Величина этого тока регулируется изменением сопротивления R4 платы А 1.
Преобразователь напряжения в ток (ПНТ) обеспечивает усиление напряжения, снимаемого с измерительной диагонали тензочувствительного моста, и формирование унифицированного токового сигнала. В схему ПНТ входят сумматор, собранный на транзисторах D8, D9, VT3, предварительный усилитель, выполненный на транзисторах D10, Dl I, VT4, VT5, D12, VT1-2, а также регулятор выходного тока, собранный на транзисторе VT2, размещенном на плате А1.
В коллекторную цепь транзистора VT2 (см. рисунок 4) включен узел перенастройки диапазона, содержащий резисторы R44...R48 и потенциометр R38. С помощью этого узла устанавливается заданное соответствие между диапазоном изменения сигнала тензопреобразователя и диапазоном изменения выходного токового сигнала.
К регулировочным элементам R7, R8, RIO, R12 и R15, предназначенным для компенсации погрешностей измерительных преобразователей, имеется доступ со стороны- верхней платы, что обеспечивает настройку ПЭС после сборки всего измерительного преобразователя. При этом с помощью резистора R10 осуществляется компенсация нелинейности измерительного преобразователя, резистором Р12-компенсация температурной погрешности диапазона, резистором R15 -компенсация температурной погрешности "нуля".
Элементы схемы настройки "нуля" - R29, R30, R32...R36, R40, R41, R49...R57 и "диапазона" R37...R39, R44...R48 смонтированы на верхней плате с перемычками ХВ5, ХВ6, ХВ7.
Ступенчатое изменение величины и направления смещения начального значения выходного сигнала осуществляется соответственно с помощью перемычек ХВ5 (направление и грубая регулировка) и ХВ6 (плавная регулировка), изменение диапазона производится при помощи переключения перемычек ХВ7.
Измерительные преобразователи имеют корректоры для плавной настройки выходного сигнала. Резистором R50 осуществляют настройку "нуля", а резистором R3 8 - настройку "диапазона".
Конденсаторы Cl, C3 служат для обеспечения устойчивости усилительных устройств схемы.
Цепь R24, С2 обеспечивает низкий уровень пульсации выходного сигнала.
Схема ПЭС позволяет осуществлять контроль выходного токового сигнала без разрыва цепи нагрузки при помощи миллиамперметра, подключенного к выводам 3-4 ХТ1 (см. рисунок 3).
Искробезопасность электрических цепей преобразователя достигается за счет ограничения тока и напряжения в его электрических цепях до искробезопасных значений, а также за счет выполнения конструкции всего преобразователя в соответствии с требованиями ГОСТа.
Ограничение тока и напряжения в электрических цепях преобразователя достигается наличием в блоке преобразования сигналов БПС-90 барьера защиты и гальванического разделения в сигнальной цепи и цепи питания.
Измерительный преобразователь работает в комплекте с блоком преобразования сигналов БПС-90.
Блок БПС-90 обеспечивает питание измерительного преобразователя Сапфир-22-Ех-ДИ и преобразование выходного сигнала 4-20 мА.
Блок имеет устройство для сигнализации отклонения выходного сигнала от двух заданных предельных значений параметра (сигнальное устройство).
Блок БПС-90 состоит из корпуса и выдвижного шасси, на котором закреплены общая коммутационная плата печатного монтажа с расположенными на ней силовым трансформатором, сетевыми предохранителями. На передней панели установлены цифровой индикатор и элементы устройства сигнализации.
На задней панели имеются разъемы для подключения линии связи с измерительным преобразователем Сапфир- 22-Ех-М-ДИ, линий питания, нагрузки и сигнализации.
Блок предназначен для щитового крепления.
Примечание: В данной работе устройство и работа блока БПС-90 не рассматривается.