Jutiklio su analogine išvestimi prijungimas. Praktinės jutiklių prijungimo schemos

Pramoninės automatikos srityje plačiausiai naudojami 4-20, 0-50 arba 0-20 mA vieningos srovės išėjimo jutikliai gali turėti skirtingas prijungimo prie antrinių įrenginių schemas. Šiuolaikiniai jutikliai su mažu energijos suvartojimu ir 4-20 mA srovės išvestimi dažniausiai jungiami naudojant dviejų laidų grandinę. Tai yra, prie tokio jutiklio yra prijungtas tik vienas kabelis su dviem gyslomis, per kurį šis jutiklis maitinamas, o perdavimas atliekamas tais pačiais dviem laidais.

Paprastai jutikliai su 4-20 mA išėjimu ir dviejų laidų prijungimo grandine turi pasyvią išvestį ir jiems veikti reikalingas išorinis maitinimo šaltinis. Šis maitinimo šaltinis gali būti įmontuotas tiesiai į antrinį įrenginį (į jo įvestį) ir prijungus jutiklį prie tokio įrenginio, signalo grandinėje iš karto atsiranda srovė. Teigiama, kad įrenginiai, kurių įvestyje yra jutiklio maitinimo šaltinis, yra įrenginiai su aktyvia įvestimi.

Daugumoje šiuolaikinių antrinių prietaisų ir valdiklių yra įmontuoti maitinimo šaltiniai, skirti valdyti jutiklius su pasyviais išėjimais.

Jei antrinis įrenginys turi pasyvų įvestį - iš esmės tik rezistorių, iš kurio prietaiso matavimo grandinė „nuskaito“ įtampos kritimą, proporcingą grandinėje tekančiajai srovei, tada jutikliui veikti reikia papildomo. Šiuo atveju išorinis maitinimo šaltinis yra nuosekliai sujungtas su jutikliu ir antriniu įrenginiu srovės kilpoje.

Antriniai įrenginiai paprastai yra suprojektuoti ir gaminami taip, kad galėtų priimti ir dviejų laidų 4-20 mA jutiklius, ir 0-5, 0-20 arba 4-20 mA jutiklius, sujungtus į trijų laidų grandinę. Norint prijungti dviejų laidų jutiklį prie antrinio įrenginio įvesties su trimis įvesties gnybtais (+U, įvestis ir bendras), naudojami „+U“ ir „įvesties“ gnybtai, „bendras“ gnybtas lieka laisvas.

Kadangi jutikliai, kaip minėta aukščiau, gali turėti ne tik 4-20 mA išėjimą, bet, pavyzdžiui, 0-5 arba 0-20 mA, arba jų negalima prijungti naudojant dviejų laidų grandinę dėl didelio energijos suvartojimo ( daugiau nei 3 mA), tada naudojama trijų laidų prijungimo schema. Šiuo atveju jutiklio maitinimo grandinė ir išėjimo signalo grandinė yra atskirtos. Davikliai su trijų laidų jungtimi dažniausiai turi aktyvų išėjimą. Tai yra, jei įjungsite maitinimo įtampą jutikliui su aktyvia išvestimi ir prijungsite apkrovos rezistorių tarp jo išvesties gnybtų „išvestis“ ir „bendras“, tada išėjimo grandinėje tekės srovė, proporcinga išmatuoto parametro vertei. .

Antriniai įrenginiai paprastai turi gana mažos galios įmontuotą maitinimo šaltinį, kuris maitina jutiklius. Maksimali įmontuotų maitinimo šaltinių išėjimo srovė dažniausiai yra 22-50 mA diapazone, kurios ne visada pakanka maitinti didelius energijos suvartojančius jutiklius: elektromagnetinius srauto matuoklius, infraraudonųjų dujų analizatorius ir kt. Šiuo atveju, norėdami maitinti trijų laidų jutiklį, turite naudoti išorinį, galingesnį maitinimo šaltinį, kuris tiekia reikiamą galią. Antriniame įrenginyje įmontuotas maitinimo šaltinis nenaudojamas.

Panaši trijų laidų jutiklių prijungimo grandinė dažniausiai naudojama tuo atveju, kai įrenginyje įmontuoto maitinimo šaltinio įtampa neatitinka maitinimo įtampos, kurią galima tiekti šiam jutikliui. Pavyzdžiui, įmontuoto maitinimo šaltinio išėjimo įtampa yra 24 V, o jutiklis gali būti maitinamas nuo 10 iki 16 V įtampa.

Kai kurie antriniai įrenginiai gali turėti kelis įvesties kanalus ir pakankamai galingą maitinimo šaltinį išoriniams jutikliams maitinti. Reikia atsiminti, kad visų prie tokio daugiakanalio įrenginio prijungtų jutiklių bendras energijos suvartojimas turi būti mažesnis už įtaisyto maitinimo šaltinio, skirto jiems maitinti, galią. Be to, studijuodamas specifikacijas Naudojant įrenginį, būtina aiškiai atskirti jame įmontuotų maitinimo blokų (šaltinių) paskirtį. Vienas įmontuotas šaltinis naudojamas pačiam antriniam įrenginiui maitinti – valdyti ekraną ir indikatorius, išvesties reles, elektroninę įrenginio grandinę ir kt. Šis maitinimo šaltinis gali turėti gana didelę galią. Antrasis įmontuotas šaltinis naudojamas maitinti tik įvesties grandines – tas, kurios yra prijungtos prie jutiklių įėjimų.

Prieš prijungdami jutiklį prie antrinio įrenginio, turėtumėte atidžiai išstudijuoti šios įrangos naudojimo instrukcijas, nustatyti įėjimų ir išėjimų tipus (aktyvus / pasyvus), patikrinti jutiklio suvartojamos galios ir maitinimo šaltinio galios atitiktį. (įtaisytas arba išorinis) ir tik tada užmegzkite ryšį. Tikrieji jutiklių ir įrenginių įvesties ir išvesties gnybtų pavadinimai gali skirtis nuo pavaizduotų aukščiau. Taigi gnybtai „In (+)“ ir „In (-)“ gali būti pažymėti +J ir -J, +4-20 ir -4-20, +In ir -In ir kt. „+U galios“ gnybtas gali būti žymimas kaip +V, maitinimas, +24 V ir kt., „Išvesties“ gnybtas – išėjimas, ženklas, išjungimas, 4–20 mA ir tt, „bendras“ gnybtas – GND, -24V, 0V ir pan., bet tai reikšmės nekeičia.

Jutikliai, kurių srovės išvestis turi keturių laidų sujungimo schemą, turi panašią prijungimo schemą kaip ir dviejų laidų jutikliai, vienintelis skirtumas yra tas, kad keturių laidų jutikliai maitinami per atskirą laidų porą. Be to, keturių laidų jutikliai gali turėti abu, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis prijungimo schemą.

Automatizavimo procese technologiniai procesai Norint valdyti mechanizmus ir mazgus, tenka susidurti su įvairių fizikinių dydžių matavimais. Tai gali būti temperatūra, slėgis ir skysčio ar dujų srautas, sukimosi greitis, šviesos intensyvumas, informacija apie mechanizmų dalių padėtį ir daug daugiau. Ši informacija gaunama naudojant jutiklius. Čia, pirma, apie mechanizmų dalių padėtį.

Diskretūs jutikliai

Paprasčiausias jutiklis yra paprastas mechaninis kontaktas: atidaromos durys - kontaktas atsidaro, uždaromas - uždaromas. Toks paprastas jutiklis, kaip ir duotas veikimo algoritmas, dažnai... Transliacinio judėjimo mechanizmui, kuris turi dvi pozicijas, pavyzdžiui, vandens vožtuvui, jums reikės dviejų kontaktų: vienas kontaktas uždarytas - vožtuvas uždarytas, kitas uždarytas - uždarytas.

Sudėtingesnis vertimo judėjimo algoritmas turi automatinės mašinos termoplastinės formos uždarymo mechanizmą. Iš pradžių forma atidaryta, tai yra pradinė padėtis. Šioje padėtyje gatavi produktai išimami iš formos. Tada darbuotojas uždaro apsauginį gaubtą, forma pradeda užsidaryti ir prasideda naujas darbo ciklas.

Atstumas tarp formos pusių yra gana didelis. Todėl iš pradžių forma greitai juda, o tam tikru atstumu, kol pusės užsidaro, suveikia eigos jungiklis, judėjimo greitis žymiai sumažėja ir forma sklandžiai užsidaro.

Šis algoritmas leidžia išvengti smūgio uždarant formą, kitaip ją galima tiesiog suskaidyti į mažus gabalėlius. Toks pat greičio pokytis atsiranda atidarant formą. Čia dviejų kontaktinių jutiklių nebeužtenka.

Taigi, kontaktiniai jutikliai yra diskretūs arba dvejetainiai, turi dvi pozicijas, uždarytas – atviras arba 1 ir 0. Kitaip tariant, galime sakyti, kad įvyko įvykis ar ne. Aukščiau pateiktame pavyzdyje kontaktai „pagauna“ kelis taškus: judėjimo pradžia, greičio mažėjimo taškas, judėjimo pabaiga.

Geometrijoje taškas neturi matmenų, tiesiog taškas ir viskas. Jis gali būti arba (ant popieriaus lapo, judėjimo trajektorijoje, kaip mūsų atveju) arba jo tiesiog nėra. Todėl taškams aptikti naudojami atskiri jutikliai. Galbūt čia nelabai tinka palyginimas su tašku, nes in praktiniais tikslais Jie naudoja atskiro jutiklio atsako tikslumą, ir šis tikslumas yra daug didesnis nei geometrinis taškas.

Tačiau pats mechaninis kontaktas yra nepatikimas. Todėl, kur tik įmanoma, mechaniniai kontaktai pakeičiami bekontakčiais jutikliais. Paprasčiausias variantas yra nendriniai jungikliai: magnetas artėja, kontaktas užsidaro. Nendrinio jungiklio tikslumas palieka daug norimų rezultatų. Tokie jutikliai turėtų būti naudojami tik durų padėčiai nustatyti.

Įvairūs bekontakčiai jutikliai turėtų būti laikomi sudėtingesniu ir tikslesniu pasirinkimu. Jei metalinė vėliavėlė pateko į lizdą, jutiklis suveikė. Tokių jutiklių pavyzdys yra įvairių serijų BVK (Contactless Limit Switch) jutikliai. Tokių jutiklių atsako tikslumas (kelionės diferencialas) yra 3 milimetrai.

1 pav. BVK serijos jutiklis

BVK jutiklių maitinimo įtampa 24V, apkrovos srovė 200mA, to visiškai pakanka prijungti tarpines reles tolimesniam derinimui su valdymo grandine. Taip BVK jutikliai naudojami įvairioje įrangoje.

Be BVK jutiklių, taip pat naudojami BTP, KVP, PIP, KVD, PISH tipų jutikliai. Kiekvienoje serijoje yra kelių tipų jutikliai, pažymėti skaičiais, pavyzdžiui, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Visi paminėti davikliai yra bekontakčiai diskretiški, jų pagrindinė paskirtis – nustatyti mechanizmų ir mazgų dalių padėtį. Natūralu, kad šių jutiklių yra daug daugiau, apie juos visus neįmanoma parašyti viename straipsnyje. Įvairūs kontaktiniai jutikliai yra dar labiau paplitę ir vis dar plačiai naudojami.

Analoginių jutiklių taikymas

Be diskrečiųjų jutiklių, automatikos sistemose plačiai naudojami analoginiai jutikliai. Jų tikslas – gauti informaciją apie įvairius fizikinius dydžius ir ne tik apskritai, bet ir realiu laiku. Tiksliau, fizinio dydžio (slėgis, temperatūra, apšvietimas, srautas, įtampa, srovė) pavertimas elektros signalu, tinkamu perduoti ryšio linijomis į valdiklį ir jo tolesnis apdorojimas.

Analoginiai jutikliai paprastai yra gana toli nuo valdiklio, todėl jie dažnai vadinami lauko prietaisai. Šis terminas dažnai vartojamas techninėje literatūroje.

Analoginis jutiklis paprastai susideda iš kelių dalių. Svarbiausia dalis yra jutiklio elementas - jutiklis. Jo paskirtis – išmatuotą vertę paversti elektriniu signalu. Tačiau iš jutiklio gaunamas signalas paprastai yra mažas. Norint gauti signalą, tinkamą stiprinti, jutiklis dažniausiai įtraukiamas į tilto grandinę - Vitstono tiltas.

2 pav. Vitstono tiltas

Pradinė tilto grandinės paskirtis yra tiksliai išmatuoti varžą. Šaltinis prijungtas prie AD tilto įstrižainės nuolatinė srovė. Jautrus galvanometras su vidurio tašku su nuliu skalės viduryje yra prijungtas prie kitos įstrižainės. Norėdami išmatuoti rezistoriaus Rx varžą, pasukdami derinimo rezistorių R2, turėtumėte pasiekti tilto pusiausvyrą ir nustatyti galvanometro adatą į nulį.

Instrumento rodyklės nuokrypis viena ar kita kryptimi leidžia nustatyti rezistoriaus R2 sukimosi kryptį. Išmatuoto pasipriešinimo vertė nustatoma pagal skalę kartu su rezistoriaus R2 rankena. Tilto pusiausvyros sąlyga yra santykių R1/R2 ir Rx/R3 lygybė. Šiuo atveju tarp taškų BC gaunamas nulinis potencialų skirtumas, o galvanometru V neteka srovė.

Rezistorių R1 ir R3 varža parenkama labai tiksliai, jų plitimas turi būti minimalus. Tik tokiu atveju net nedidelis tilto disbalansas sukelia gana pastebimą įstrižainės BC įtampos pokytį. Būtent ši tilto savybė naudojama įvairių analoginių jutiklių jautriems elementams (jutikliui) sujungti. Na, tada viskas paprasta, technikos reikalas.

Norint naudoti iš jutiklio gautą signalą, tai būtina tolesnis apdorojimas, - sustiprinimas ir konvertavimas į išvesties signalą, tinkamą perduoti ir apdoroti valdymo grandine, valdiklis. Dažniausiai analoginių jutiklių išėjimo signalas yra srovė (analoginės srovės kilpa), rečiau – įtampa.

Kodėl dabartinė? Faktas yra tas, kad analoginių jutiklių išvesties pakopos yra sukurtos remiantis srovės šaltiniais. Tai leidžia atsikratyti jungiamųjų linijų varžos įtakos išėjimo signalui ir naudoti ilgas jungiamąsias linijas.

Tolesnis konvertavimas yra gana paprastas. Srovės signalas paverčiamas įtampa, kuriai pakanka praleisti srovę per žinomos varžos rezistorių. Įtampos kritimas matavimo rezistoriuje gaunamas pagal Omo dėsnį U=I*R.

Pavyzdžiui, esant 10 mA srovei ant rezistoriaus, kurio varža 100 omų, įtampa bus 10 * 100 = 1000 mV, net 1 voltas! Šiuo atveju jutiklio išėjimo srovė nepriklauso nuo jungiamųjų laidų varžos. Žinoma, per protingas ribas.

Analoginių jutiklių prijungimas

Matavimo rezistoriuje gauta įtampa gali būti lengvai konvertuojama į skaitmeninę formą, tinkamą įvesti į valdiklį. Konvertavimas atliekamas naudojant analoginiai-skaitmeniniai keitikliai ADC.

Skaitmeniniai duomenys į valdiklį perduodami serijiniu arba lygiagrečiu kodu. Viskas priklauso nuo konkrečios perjungimo grandinės. Supaprastinta analoginio jutiklio prijungimo schema parodyta 3 paveiksle.

3 pav. Analoginio jutiklio prijungimas (spustelėkite paveikslėlį, kad padidintumėte)

Pavaros yra prijungtos prie valdiklio arba pats valdiklis yra prijungtas prie kompiuterio, įtraukto į automatikos sistemą.

Natūralu, kad analoginiai jutikliai turi pilną dizainą, kurio vienas iš elementų yra korpusas su jungiamaisiais elementais. Pavyzdžiui, 4 pav išvaizda jutiklis perteklinis slėgis tipo Zond-10.

4 pav. Viršslėgio jutiklis Zond-10

Jutiklio apačioje matosi jungiamoji sriegis, skirtas prijungti prie dujotiekio, o dešinėje po juodu dangteliu yra jungtis, skirta ryšio linijai sujungti su valdikliu.

Sandarinimas srieginė jungtis pagaminta naudojant poveržlę iš atkaitinto vario (yra įtraukta į jutiklio pristatymo pakuotę), o ne vyniojant iš dūminės juostos ar lino. Tai daroma taip, kad montuojant jutiklį viduje esantis jutiklio elementas nebūtų deformuotas.

Analoginių jutiklių išėjimai

Pagal standartus yra trys srovės signalų diapazonai: 0...5mA, 0...20mA ir 4...20mA. Kuo jie skiriasi ir kokios yra jų savybės?

Dažniausiai išėjimo srovės priklausomybė yra tiesiogiai proporcinga išmatuotai vertei, pavyzdžiui, kuo didesnis slėgis vamzdyje, tuo didesnė srovė jutiklio išėjime. Nors kartais naudojamas atvirkštinis perjungimas: didesnė išėjimo srovė atitinka mažiausią išmatuoto kiekio reikšmę jutiklio išėjime. Viskas priklauso nuo naudojamo valdiklio tipo. Kai kurie jutikliai netgi turi perjungimą iš tiesioginio į atvirkštinį signalą.

Išvesties signalas 0...5mA diapazone yra labai mažas ir todėl jautrus trikdžiams. Jeigu tokio jutiklio signalas svyruoja, o matuojamo parametro reikšmė išlieka nepakitusi, tuomet yra rekomendacija lygiagrečiai su jutiklio išėjimu sumontuoti 0,1...1 μF talpos kondensatorių. Srovės signalas 0...20mA diapazone yra stabilesnis.

Tačiau abu šie diapazonai yra blogi, nes nulis skalės pradžioje neleidžia mums vienareikšmiškai nustatyti, kas atsitiko. O gal išmatuotas signalas iš tikrųjų pasiekė nulinį lygį, o tai iš principo įmanoma, ar tiesiog nutrūko ryšio linija? Todėl, jei įmanoma, jie stengiasi vengti naudoti šiuos diapazonus.

Signalas iš analoginių jutiklių, kurių išėjimo srovė yra 4...20 mA diapazone, laikomas patikimesniu. Jo atsparumas triukšmui yra gana didelis ir apatinė riba, net jei išmatuotas signalas turi nulinį lygį, bus 4mA, o tai rodo, kad ryšio linija nėra nutrūkusi.

Dar viena gera 4...20mA diapazono savybė yra ta, kad jutiklius galima prijungti tik dviem laidais, nes tai yra srovė, kuri maitina patį jutiklį. Tai yra jo srovės suvartojimas ir tuo pačiu matavimo signalas.

4...20mA diapazono jutiklių maitinimas yra įjungtas, kaip parodyta 5 pav. Tuo pačiu metu Zond-10 jutikliai, kaip ir daugelis kitų, pagal jų duomenų lapą turi platų maitinimo įtampos diapazoną - 10 ...38V, nors dažniausiai naudojami su 24V įtampa.

5 pav. Analoginio jutiklio prijungimas prie išorinio maitinimo šaltinio

Šioje diagramoje yra šie elementai ir simboliai. Rsh yra matavimo šunto rezistorius, Rl1 ir Rl2 yra ryšio linijų varža. Norint padidinti matavimo tikslumą, kaip Rsh turėtų būti naudojamas tikslumo matavimo rezistorius. Srovės srautas iš maitinimo šaltinio rodomas rodyklėmis.

Nesunku pastebėti, kad maitinimo šaltinio išėjimo srovė eina iš +24V gnybto, per liniją Rl1 pasiekia jutiklio gnybtą +AO2, eina per jutiklį ir per jutiklio išėjimo kontaktą - AO2, jungiančią liniją Rl2, rezistorius Rsh grįžta į -24V maitinimo gnybtą. Tai viskas, grandinė uždaryta, srovė teka.

Jei valdiklyje yra 24 V maitinimo šaltinis, galima prijungti jutiklį arba matavimo keitiklį pagal 6 pav.

6 pav. Analoginio jutiklio prijungimas prie valdiklio su vidinis šaltinis mityba

Šioje diagramoje parodytas dar vienas elementas - balastinis rezistorius Rb. Jo paskirtis – apsaugoti matavimo rezistorių trumpojo jungimo atveju ryšio linijoje arba sugedus analoginiam jutikliui. Rezistoriaus Rb montavimas yra neprivalomas, nors ir pageidautinas.

Be įvairių daviklių, srovės išėjimą turi ir matavimo keitikliai, kurie gana dažnai naudojami automatikos sistemose.

Keitiklis- prietaisas, skirtas įtampos lygiams, pavyzdžiui, 220V arba kelių dešimčių ar šimtų amperų srovei paversti 4...20mA srovės signalu. Čia tiesiog konvertuojamas elektrinio signalo lygis, o ne kokio nors fizinio dydžio (greičio, srauto, slėgio) atvaizdavimas elektrine forma.

Tačiau, kaip taisyklė, vieno jutiklio nepakanka. Kai kurie iš populiariausių matavimų yra temperatūros ir slėgio matavimai. Tokių taškų skaičius vienam moderni gamyba gali siekti kelias dešimtis tūkstančių. Atitinkamai, jutiklių skaičius taip pat yra didelis. Todėl prie vieno valdiklio vienu metu dažniausiai jungiami keli analoginiai jutikliai. Žinoma, ne keli tūkstančiai iš karto, gerai, jei keliolika skiriasi. Toks ryšys parodytas 7 pav.

7 pav. Kelių analoginių jutiklių prijungimas prie valdiklio

Šiame paveikslėlyje parodyta, kaip iš srovės signalo gaunama įtampa, tinkama konvertuoti į skaitmeninį kodą. Jeigu tokių signalų yra keli, tai jie ne visi iš karto apdorojami, o atskiriami laike ir sutankinami, kitaip kiekviename kanale tektų diegti atskirą ADC.

Šiuo tikslu valdiklis turi grandinės perjungimo grandinę. Funkcinė diagrama jungiklis parodytas 8 paveiksle.

8 pav. Analoginio jutiklio kanalo jungiklis (paveikslėlį galima spustelėti)

Srovės kilpos signalai, konvertuoti į įtampą per matavimo rezistorių (UR1...URn), tiekiami į analoginio jungiklio įvestį. Valdymo signalai pakaitomis pereina į išėjimą vieną iš signalų UR1...URn, kuriuos sustiprina stiprintuvas, ir pakaitomis patenka į ADC įėjimą. Įtampa, konvertuota į skaitmeninį kodą, tiekiama į valdiklį.

Žinoma, schema yra labai supaprastinta, tačiau visiškai įmanoma atsižvelgti į multipleksavimo principą. Maždaug taip yra sukurtas MSTS valdiklių (mikroprocesorinės sistemos) analoginių signalų įvedimo modulis. techninėmis priemonėmis) pagamino Smolensko PC „Prolog“. MSTS valdiklio išvaizda parodyta 9 pav.

9 pav. MSTS valdiklis

Tokių valdiklių gamyba jau seniai nutraukta, nors kai kur, toli gražu ne patys geriausi, šie valdikliai vis dar tarnauja. Šiuos muziejaus eksponatus keičia naujų modelių, daugiausia importuotų (kinų), kontrolieriai.

Jei valdiklis montuojamas metalinėje spintoje, rekomenduojama ekranavimo pynes prijungti prie spintos įžeminimo taško. Jungiamųjų linijų ilgis gali siekti daugiau nei du kilometrus, o tai apskaičiuojama naudojant atitinkamas formules. Mes čia nieko neskaičiuosime, bet patikėkite, tai tiesa.

Nauji jutikliai, nauji valdikliai

Atsiradus naujiems valdikliams, nauji analoginiai jutikliai, naudojantys HART protokolą(Highway Addressable Remote Transducer), kuris verčiamas kaip „matavimo keitiklis, adresuojamas nuotoliniu būdu per greitkelį“.

Jutiklio (lauko įrenginio) išvesties signalas yra 4...20 mA diapazono analoginis srovės signalas, ant kurio dedamas dažnio moduliavimo (FSK – Frequency Shift Keying) skaitmeninio ryšio signalas.

10 pav. Analoginio jutiklio išvestis per HART protokolą

Paveikslėlyje pavaizduotas analoginis signalas, o aplink jį kaip gyvatė vingiuoja sinusinė banga. Tai dažnio moduliuotas signalas. Bet tai visai ne skaitmeninis signalas, jis dar turi būti atpažintas. Paveiksle pastebima, kad sinusoidės dažnis perduodant loginį nulį yra didesnis (2,2 KHz) nei perduodant vienetą (1,2 KHz). Šių signalų perdavimą atlieka sinusinės formos ±0,5 mA amplitudės srovė.

Žinoma, kad vidutinė sinusinio signalo reikšmė lygi nuliui, todėl skaitmeninės informacijos perdavimas neturi įtakos 4...20 mA jutiklio išėjimo srovei. Šis režimas naudojamas konfigūruojant jutiklius.

HART komunikacija vykdoma dviem būdais. Pirmuoju atveju, standartinis, tik du įrenginiai gali keistis informacija per dviejų laidų liniją, o išėjimo analoginis signalas 4...20 mA priklauso nuo išmatuotos vertės. Šis režimas naudojamas konfigūruojant lauko įrenginius (jutiklius).

Antruoju atveju prie dviejų laidų linijos galima prijungti iki 15 jutiklių, kurių skaičių lemia ryšio linijos parametrai ir maitinimo šaltinio galia. Tai kelių taškų režimas. Šiame režime kiekvienas jutiklis turi savo adresą diapazone nuo 1...15, kuriuo valdymo įrenginys jį pasiekia.

Jutiklis su adresu 0 yra atjungtas nuo ryšio linijos. Duomenų mainai tarp jutiklio ir valdymo įrenginio kelių taškų režimu vykdomi tik dažnio signalu. Jutiklio srovės signalas yra fiksuotas reikiamame lygyje ir nekinta.

Daugiataškio ryšio atveju duomenys reiškia ne tik faktinius stebimo parametro matavimo rezultatus, bet ir visą visų rūšių paslaugų informacijos rinkinį.

Visų pirma, tai yra jutiklių adresai, valdymo komandos ir konfigūracijos parametrai. Ir visa ši informacija perduodama dviejų laidų ryšio linijomis. Ar įmanoma ir jų atsikratyti? Tiesa, tai reikia daryti atsargiai, tik tais atvejais, kai bevielis ryšys negali turėti įtakos kontroliuojamo proceso saugumui.

Pasirodo, kad galite atsikratyti laidų. Jau 2007 m. buvo paskelbtas „WirelessHART“ standartas, kurio perdavimo terpė yra nelicencijuotas 2,4 GHz dažnis, kuriuo veikia daugelis kompiuterių belaidžių įrenginių, įskaitant bevielį vietiniai tinklai. Todėl WirelessHART įrenginiai taip pat gali būti naudojami be jokių apribojimų. 11 paveiksle parodytas WirelessHART belaidis tinklas.

11 pav. Bevielis tinklas WirelessHART

Šios technologijos pakeitė seną analoginę srovės kilpą. Tačiau ji taip pat neužleidžia savo pozicijų, kur įmanoma, plačiai naudojama.

Srovės jutiklio prijungimas prie mikrovaldiklio

Susipažinę su teorijos pagrindais, galime pereiti prie duomenų skaitymo, transformavimo ir vizualizavimo klausimo. Kitaip tariant, suprojektuosime paprastą nuolatinės srovės matuoklį.

Analoginis jutiklio išėjimas yra prijungtas prie vieno iš mikrovaldiklio ADC kanalų. Visos reikalingos transformacijos ir skaičiavimai realizuojami mikrovaldiklio programoje. Duomenims rodyti naudojamas 2 eilučių simbolių LCD indikatorius.

Eksperimentinis dizainas

Norint eksperimentuoti su srovės jutikliu, reikia surinkti konstrukciją pagal schemą, parodytą 8 pav.. Autorius tam panaudojo duonos lentą ir mikrovaldikliu paremtą modulį (9 pav.).

Srovės jutiklio modulį ACS712-05B galima įsigyti jau paruoštą (labai nebrangiai parduodamas eBay) arba pasigaminti patiems. Filtro kondensatoriaus talpa pasirenkama 1 nF, o maitinimo šaltiniui sumontuotas blokuojantis 0,1 µF kondensatorius. Kad būtų rodomas maitinimo įjungimas, yra lituojamas šviesos diodas su gesinimo rezistoriumi. Jutiklio maitinimo ir išėjimo signalas yra prijungti prie jungties vienoje modulio plokštės pusėje, 2 kontaktų jungtis tekančios srovės matavimui yra priešingoje pusėje.

Dabartiniams matavimo eksperimentams, reguliuojamas šaltinis DC įtampa Prijunkite prie jutiklio srovės matavimo gnybtų per nuoseklųjį rezistorių 2,7 Ohm / 2 W. Jutiklio išvestis prijungta prie mikrovaldiklio RA0/AN0 prievado (17 kontakto). Dviejų eilučių simbolių LCD indikatorius yra prijungtas prie mikrovaldiklio prievado B ir veikia 4 bitų režimu.

Mikrovaldiklis maitinamas +5 V įtampa, ta pati įtampa naudojama kaip atskaitos taškas ADC. Mikrovaldiklio programoje realizuojami reikalingi skaičiavimai ir transformacijos.

Žemiau pateikiamos konvertavimo procese naudojamos matematinės išraiškos.

Srovės jutiklio jautrumas Sens = 0,185 V/A. Kai maitinimo Vcc = 5 V ir etaloninė įtampa Vref = 5 V, apskaičiuojami santykiai bus tokie:

ADC išvesties kodas

Vadinasi

Dėl to srovės apskaičiavimo formulė yra tokia:

Svarbi pastaba. Aukščiau pateikti ryšiai pagrįsti prielaida, kad ADC maitinimo įtampa ir etaloninė įtampa yra lygios 5 V. Tačiau paskutinė išraiška, susijusi su srove I ir ADC išėjimo kodu Skaičiavimas, lieka galioti, net jei maitinimo įtampa svyruoja. Tai buvo aptarta teorinėje aprašymo dalyje.

Iš paskutinės išraiškos matyti, kad dabartinė jutiklio skiriamoji geba yra 26,4 mA, o tai atitinka 513 ADC mėginių, tai yra vienu mėginiu daugiau nei tikėtasi. Taigi galime daryti išvadą, kad šis įgyvendinimas neleidžia matuoti mažų srovių. Norėdami padidinti skiriamąją gebą ir jautrumą matuojant mažas sroves, turėsite naudoti operacinį stiprintuvą. Tokios grandinės pavyzdys parodytas 10 paveiksle.

Mikrovaldiklio programa

PIC16F1847 mikrovaldiklio programa parašyta C kalba ir sukompiliuota mikroC Pro aplinkoje (mikroElektronika). Matavimo rezultatai rodomi dviejų eilučių LCD indikatoriuje dviejų skaitmenų po kablelio tikslumu.

Išeiti

Esant nulinei įėjimo srovei, ACS712 išėjimo įtampa idealiu atveju turėtų būti griežtai Vcc/2, t.y. Skaičius 512 turėtų būti nuskaitytas iš ADC. Dėl jutiklio išėjimo įtampos poslinkio 4,9 mV konversijos rezultatas pasislenka 1 mažiausiai reikšmingu ADC bitu (11 pav.). (Jei Vref = 5,0 V, 10 bitų ADC skiriamoji geba bus 5/1024 = 4,9 mV), o tai atitinka 26 mA įvesties srovę. Atkreipkite dėmesį, kad norint sumažinti svyravimų įtaką, patartina atlikti kelis matavimus ir tada suvidurkinti jų rezultatus.

Jei reguliuojamo maitinimo šaltinio išėjimo įtampa nustatyta lygi 1 V, per
Rezistorius turi turėti apie 370 mA srovę. Eksperimente išmatuota srovės vertė yra 390 mA, kuri viršija teisingas rezultatas vienam mažiausiai reikšmingo ADC bito vienetui (12 pav.).


12 pav.

Esant 2 V įtampai, indikatorius rodys 760 mA.

Tai užbaigia mūsų diskusiją apie ACS712 srovės jutiklį. Tačiau dar vieno klausimo nepalietėme. Kaip išmatuoti su šiuo jutikliu kintamoji srovė? Atminkite, kad jutiklis suteikia momentinį atsaką, atitinkantį srovę, tekančią per bandymo laidus. Jei srovė teka teigiama kryptimi (nuo 1 ir 2 kaiščių iki 3 ir 4 kaiščių), jutiklio jautrumas yra teigiamas, o išėjimo įtampa yra didesnė nei Vcc/2. Jei srovė keičia kryptį, jautrumas bus neigiamas, o jutiklio išėjimo įtampa nukris žemiau Vcc/2 lygio. Tai reiškia, kad matuojant kintamosios srovės signalą, mikrovaldiklio ADC turi imti pakankamai greitai, kad galėtų apskaičiuoti srovės RMS reikšmę.

Atsisiuntimai

Mikrovaldiklio programos šaltinio kodas ir programinės įrangos failas -

Diskretūs jutikliai

Analoginių jutiklių taikymas

2 pav. Vitstono tiltas

Analoginių jutiklių prijungimas

Analoginių jutiklių išėjimai

Tačiau, kaip taisyklė, vieno jutiklio nepakanka. Kai kurie iš populiariausių matavimų yra temperatūros ir slėgio matavimai. Tokių taškų skaičius šiuolaikinėse gamyklose gali siekti kelias dešimtis tūkstančių. Atitinkamai, jutiklių skaičius taip pat yra didelis. Todėl prie vieno valdiklio vienu metu dažniausiai jungiami keli analoginiai jutikliai. Žinoma, ne keli tūkstančiai iš karto, gerai, jei keliolika skiriasi. Toks ryšys parodytas 7 pav.

7 pav. Kelių analoginių jutiklių prijungimas prie valdiklio

Šiuo tikslu valdiklis turi grandinės perjungimo grandinę. Jungiklio funkcinė schema parodyta 8 pav.

8 pav. Analoginio jutiklio kanalo jungiklis (paveikslėlį galima spustelėti)

Žinoma, schema yra labai supaprastinta, tačiau visiškai įmanoma atsižvelgti į multipleksavimo principą. Maždaug taip buvo pastatytas Smolensko PC „Prolog“ pagamintas MSTS valdiklių analoginių signalų įvedimo modulis (techninių priemonių mikroprocesorinė sistema).

Nauji jutikliai, nauji valdikliai

Atsiradus naujiems valdikliams, taip pat atsirado naujų analoginių jutiklių, kurie veikia naudojant HART (Highway Addressable Remote Transducer) protokolą, kuris verčiamas kaip „Matavimo keitiklis, adresuotas nuotoliniu būdu per greitkelį“.

Daugiataškio ryšio atveju duomenys reiškia ne tik faktinius stebimo parametro matavimo rezultatus, bet ir visą visų rūšių paslaugų informacijos rinkinį.

Šios technologijos pakeitė seną analoginę srovės kilpą. Tačiau ji taip pat neužleidžia savo pozicijų, kur įmanoma, plačiai naudojama.

Automatizuojant technologinius procesus valdyti mechanizmus ir mazgus, tenka susidurti su įvairių fizikinių dydžių matavimais. Tai gali būti temperatūra, slėgis ir skysčio ar dujų srautas, sukimosi greitis, šviesos intensyvumas, informacija apie mechanizmų dalių padėtį ir daug daugiau. Ši informacija gaunama naudojant jutiklius. Čia, pirma, apie mechanizmų dalių padėtį.

Diskretūs jutikliai

Paprasčiausias jutiklis yra paprastas mechaninis kontaktas: atidaromos durys - kontaktas atsidaro, uždaromas - uždaromas. Toks paprastas jutiklis, kaip ir pateiktas veikimo algoritmas, dažnai naudojamas apsaugos signalizacijos. Transliacinio judėjimo mechanizmui, kuris turi dvi pozicijas, pavyzdžiui, vandens vožtuvui, jums reikės dviejų kontaktų: vienas kontaktas uždarytas - vožtuvas uždarytas, kitas uždarytas - uždarytas.

Geometrijoje taškas neturi matmenų, tiesiog taškas ir viskas. Jis gali būti arba (ant popieriaus lapo, judėjimo trajektorijoje, kaip mūsų atveju) arba jo tiesiog nėra. Todėl taškams aptikti naudojami atskiri jutikliai. Galbūt čia nelabai tinka palyginimas su tašku, nes praktiniais tikslais jie naudoja diskretiško jutiklio atsako tikslumą, o šis tikslumas yra daug didesnis nei geometrinis taškas.

BVK serijos jutiklis

1 pav. BVK serijos jutiklis

BVK jutiklių maitinimo įtampa 24V, apkrovos srovė 200mA, to visiškai pakanka prijungti tarpines reles tolimesniam derinimui su valdymo grandine. Taip BVK jutikliai naudojami įvairioje įrangoje.

Be BVK jutiklių, taip pat naudojami BTP, KVP, PIP, KVD, PISH tipų jutikliai. Kiekvienoje serijoje yra kelių tipų jutikliai, pažymėti skaičiais, pavyzdžiui, BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211.

Analoginių jutiklių taikymas

Analoginiai jutikliai paprastai yra gana toli nuo valdiklio, todėl jie dažnai vadinami lauko įrenginiais. Šis terminas dažnai vartojamas techninėje literatūroje.

Analoginis jutiklis paprastai susideda iš kelių dalių. Svarbiausia dalis yra jautrus elementas – jutiklis. Jo paskirtis – išmatuotą vertę paversti elektriniu signalu. Tačiau iš jutiklio gaunamas signalas paprastai yra mažas. Norint gauti signalą, tinkamą stiprinti, jutiklis dažniausiai įtraukiamas į tilto grandinę - Wheatstone tiltą.

Vitstono tiltas

2 pav. Vitstono tiltas

Pradinė tilto grandinės paskirtis yra tiksliai išmatuoti varžą. Nuolatinės srovės šaltinis yra prijungtas prie AD tilto įstrižainės. Jautrus galvanometras su vidurio tašku su nuliu skalės viduryje yra prijungtas prie kitos įstrižainės. Norėdami išmatuoti rezistoriaus Rx varžą, pasukdami derinimo rezistorių R2, turėtumėte pasiekti tilto pusiausvyrą ir nustatyti galvanometro adatą į nulį.

Norint naudoti iš jutiklio gautą signalą, jį reikia toliau apdoroti – sustiprinti ir konvertuoti į išėjimo signalą, tinkamą perduoti ir apdoroti valdymo grandine – valdikliu. Dažniausiai analoginių jutiklių išėjimo signalas yra srovė (analoginės srovės kilpa), rečiau – įtampa.

Analoginių jutiklių prijungimas

Matavimo rezistoriuje gauta įtampa gali būti lengvai konvertuojama į skaitmeninę formą, tinkamą įvesti į valdiklį. Konvertavimas atliekamas naudojant analoginius-skaitmeninius keitiklius (ADC).

Analoginio jutiklio prijungimas

3 pav. Analoginio jutiklio prijungimas (spustelėkite paveikslėlį, kad padidintumėte)

Pavaros yra prijungtos prie valdiklio arba pats valdiklis yra prijungtas prie kompiuterio, įtraukto į automatikos sistemą.

Natūralu, kad analoginiai jutikliai turi pilną dizainą, kurio vienas iš elementų yra korpusas su jungiamaisiais elementais. Pavyzdžiui, 4 paveiksle parodyta Zond-10 tipo viršslėgio jutiklio išvaizda.

Viršslėgio jutiklis Zond-10

4 pav. Viršslėgio jutiklis Zond-10

Jutiklio apačioje matosi jungiamoji sriegis, skirtas prijungti prie dujotiekio, o dešinėje po juodu dangteliu yra jungtis, skirta ryšio linijai sujungti su valdikliu.

Srieginė jungtis sandarinama naudojant poveržlę, pagamintą iš atkaitinto vario (yra įtraukta į jutiklio pristatymo pakuotę), o ne apvyniojus juosta ar linu. Tai daroma taip, kad montuojant jutiklį viduje esantis jutiklio elementas nebūtų deformuotas.

Analoginių jutiklių išėjimai

Pagal standartus yra trys srovės signalų diapazonai: 0...5mA, 0...20mA ir 4...20mA. Kuo jie skiriasi ir kokios yra jų savybės?

Signalas iš analoginių jutiklių, kurių išėjimo srovė yra 4...20 mA diapazone, laikomas patikimesniu. Jo atsparumas triukšmui yra gana didelis, o apatinė riba, net jei išmatuotas signalas turi nulinį lygį, bus 4 mA, o tai leidžia teigti, kad ryšio linija nėra nutrūkusi.

Analoginio jutiklio prijungimas prie išorinio maitinimo šaltinio

5 pav. Analoginio jutiklio prijungimas prie išorinio maitinimo šaltinio

Jei valdiklyje yra 24 V maitinimo šaltinis, galima prijungti jutiklį arba matavimo keitiklį pagal 6 pav.

Analoginio jutiklio prijungimas prie valdiklio su vidiniu maitinimo šaltiniu

6 pav. Analoginio jutiklio prijungimas prie valdiklio su vidiniu maitinimo šaltiniu

Be įvairių daviklių, srovės išėjimą turi ir matavimo keitikliai, kurie gana dažnai naudojami automatikos sistemose.

Matavimo keitiklis – tai įtaisas, skirtas įtampos lygiams, pavyzdžiui, 220V, arba kelių dešimčių ar šimtų amperų srovę paversti 4...20mA srovės signalu. Čia tiesiog konvertuojamas elektrinio signalo lygis, o ne kokio nors fizinio dydžio (greičio, srauto, slėgio) atvaizdavimas elektrine forma.

Tačiau, kaip taisyklė, vieno jutiklio nepakanka. Kai kurie iš populiariausių matavimų yra temperatūros ir slėgio matavimai. Tokių taškų skaičius šiuolaikinėje gamyboje gali siekti kelis dešimt

Taip pat skaitykite

Sieninių šviestuvų tipai ir jų naudojimo ypatybės
Apie potencialų skirtumą, elektrovaros jėgą ir įtampą
Ką galima nustatyti pagal skaitiklį, išskyrus elektros sąnaudas
Dėl elektros gaminių kokybės vertinimo kriterijų
Kas geriau privačiam namui - vienfazis ar trifazis įėjimas?
Kaip pasirinkti įtampos stabilizatorių kaimo namui
Peltier efektas: magiškas elektros srovės poveikis
Televizijos laidų sujungimo ir prijungimo praktika bute - proceso ypatybės
Elektros laidų problemos: ką daryti ir kaip jas išspręsti?
Liuminescencinės lempos T5: taikymo perspektyvos ir problemos
Ištraukiami lizdų blokai: naudojimo ir prijungimo praktika
Elektroniniai stiprintuvai. 2 dalis. Garso stiprintuvai
Teisingas elektros įrangos ir laidų veikimas kaimo name
Pagrindiniai punktai apie saugios įtampos naudojimą namuose
Būtini įrankiai ir prietaisai pradedantiesiems mokytis elektronikos
Kondensatoriai: paskirtis, įrenginys, veikimo principas
Kas yra trumpalaikis kontaktinis pasipriešinimas ir kaip su juo kovoti
Įtampos relės: kas tai yra, kaip pasirinkti ir prijungti?
Kas geriau privačiam namui - vienfazis ar trifazis įėjimas?
Kondensatoriai elektroninėse grandinėse. 2 dalis. Tarppakopinis ryšys, filtrai, generatoriai
Kaip užtikrinti komfortą, kai elektros tinklas yra nepakankamas
Kaip galite būti tikri, kad pirkdami mašiną parduotuvėje galite būti tikri, kad ji tvarkinga?
Kaip pasirinkti laido skerspjūvį 12 voltų apšvietimo tinklams
Vandens šildytuvo ir siurblio prijungimo būdas, kai nepakanka tinklo galios
Induktyvumo ritės ir magnetiniai laukai. 2 dalis. Elektromagnetinė indukcija ir induktyvumas
Operaciniai stiprintuvai. 2 dalis: Idealus operatyvinis stiprintuvas
Kas yra mikrovaldikliai (paskirtis, įrenginys, programinė įranga)
Kompaktinės fluorescencinės lempos naudojimo trukmės pailginimas (namų tvarkytojas)
Grandinės operaciniams stiprintuvams perjungti be grįžtamojo ryšio
Buto elektros skirstomojo skydo keitimas
Kodėl elektros laiduose negalima sujungti vario ir aliuminio?