Измерительные преобразователи — как согласовать сигнал датчика со входом контроллера

Сигнал датчика редко подходит входу контроллера напрямую. Термосопротивление даёт сотни ом, термопара — десятки милливольт, трансформатор тока — ток до пяти ампер, а модуль ввода рассчитан на унифицированный сигнал 4–20 мА или 0–10 В. Разницу закрывает измерительный преобразователь — устройство на DIN-рейку, которое принимает сигнал датчика и выдаёт сигнал нужного вида и диапазона.

Ниже разобрано, в каких случаях преобразователь обязателен, чем различаются исполнения по входу и выходу, что означает гальваническая развязка на практике, как считать погрешность канала и какие данные нужны для подбора.

Когда преобразователь обязателен

• Вход контроллера не принимает сигнал датчика. Модули универсального ввода с поддержкой термопар и термосопротивлений дороже дискретных и аналоговых, и при двух-трёх датчиках на станцию выгоднее поставить отдельные преобразователи, чем менять модуль.
• Длинная линия от датчика. Сигнал милливольтового уровня на нескольких десятках метров собирает наводки от силовых кабелей. Преобразователь ставят рядом с датчиком и в шкаф ведут уже токовый сигнал, устойчивый к помехам.
• Разные контуры заземления. Если датчик стоит на агрегате с собственным заземлением, а контроллер — в шкафу, по экрану кабеля пойдёт уравнительный ток. Развязывающий преобразователь разрывает этот путь.
• Один сигнал нужен двум приёмникам. Токовая петля не делится параллельно: для подачи того же сигнала на контроллер и на регистратор ставят преобразователь с двумя выходами.
• Несовпадение диапазонов. Датчик давления выдаёт 0–10 бар в виде 4–20 мА, а контролировать нужно участок 0–2 бар. Преобразователь с настройкой диапазона растягивает рабочую часть на весь выход и возвращает каналу разрешение.
• Взрывоопасная зона. Здесь применяются не обычные преобразователи, а барьеры искрозащиты — они одновременно ограничивают энергию в цепи датчика.

Исполнения по входу и выходу

Подбор начинается с пары «что на входе — что нужно на выходе». Основные группы такие.

Позиции собраны в разделе измерительных преобразователей, датчики под них — в разделах датчиков температуры и контрольно-измерительных приборов и датчиков.

Что означает развязка на практике

Гальваническая развязка указывается в вольтах или киловольтах и относится к испытательному напряжению между входом, выходом и цепью питания. Три вещи, которые с этим связаны.

• Число развязанных цепей. Исполнение может развязывать вход от выхода, но иметь общее питание с другими каналами. Для группы датчиков на разных агрегатах нужна развязка по каждому каналу, а не по устройству.
• Рабочее напряжение против испытательного. Испытательное напряжение подаётся кратковременно и показывает прочность изоляции; постоянно допустимое рабочее напряжение указывается отдельно и всегда ниже.
• Экран кабеля. Развязка в преобразователе не отменяет правила заземлять экран с одной стороны. Заземлённый с двух концов экран оставляет контур даже при развязанных сигнальных цепях.

Погрешность измерительного канала

Паспортная погрешность преобразователя — не единственная составляющая. Складываются четыре величины.

• Погрешность датчика. Для термосопротивлений задаётся классом допуска, для давления — процентом от диапазона.
• Погрешность преобразования. Обычно десятые доли процента от диапазона; на узко настроенном участке в процентах от показания она растёт.
• Температурный дрейф. Указывается на десять градусов изменения температуры в шкафу. В неотапливаемом помещении и в шкафу у печи это основная составляющая.
• Погрешность модуля ввода. Разрядность и собственная погрешность аналогового входа — исполнения в разделе модулей ввода-вывода.

Складывать их напрямую не требуется — обычно берут корень из суммы квадратов, но для грубой оценки достаточно сложить и убедиться, что результат укладывается в требование технологии. Если не укладывается, сначала смотрят на датчик: его вклад чаще всего наибольший.

Монтаж и питание

• Ширина корпуса. Исполнения от 6 мм на канал; при двадцати каналах разница между 6 и 22 мм — это целая рейка в шкафу.
• Способ питания. Устройства с питанием от токовой петли не требуют отдельных 24 В, но вносят падение напряжения, которое нужно учитывать в бюджете петли. Исполнения с внешним питанием свободнее по нагрузке, но требуют проводки питания к каждой группе.
• Настройка. Переключателями на корпусе — быстро и без инструмента; программно через интерфейс — гибче и с протоколированием. Второй вариант берут там, где диапазоны меняются при переналадке.
• Запас. На линию держат один-два преобразователя наиболее массового исполнения: отказ одного канала останавливает контур регулирования.

Что прислать для подбора

• Тип и модель датчика по каждому каналу, схему подключения и длину линии.
• Тип входа контроллера и модель модуля ввода.
• Требуемый диапазон измерения и допустимую погрешность по технологии.
• Условия в шкафу — температура, наличие частотных преобразователей рядом, схема заземления.
• Отметку, попадает ли датчик во взрывоопасную зону.

Частые вопросы

Можно ли подключить термосопротивление к аналоговому входу напрямую? Только если модуль заявляет такой вход и схему на нужное число проводов. Аналоговый вход на 4–20 мА термосопротивление не читает, а попытка подать на него сопротивление ничего не повредит, но и показаний не даст.

Чем преобразователь отличается от развязывающего усилителя? Усилитель передаёт сигнал того же вида с развязкой и, при необходимости, с масштабированием. Преобразователь меняет вид сигнала. В каталогах обе функции часто объединены в одном устройстве, и различать их нужно по строке «вход — выход» в описании.

Нужна ли развязка, если датчик и контроллер в одном шкафу? Как правило, нет. Её ставят, когда в шкафу есть частотные преобразователи или сварочное оборудование рядом, либо когда датчик стоит на агрегате с отдельным заземлением.

Сколько преобразователей ставить на один датчик с двумя приёмниками? Один с двумя выходами. Два отдельных устройства на одну петлю создают лишнее падение напряжения и усложняют поиск неисправности.

Что проверить, если показания канала «плывут» при включении привода? Схему заземления экрана, трассировку сигнального кабеля относительно силового и наличие развязки. В большинстве случаев достаточно развести трассы и заземлить экран с одной стороны; если не помогает, в канал ставят развязывающее исполнение.

Что мы поставляем

В каталоге Азияторг есть измерительные преобразователи под термосопротивления, термопары, токовые и потенциальные сигналы, барьеры искрозащиты для взрывоопасных зон, датчики температуры, модули ввода-вывода к контроллерам и прочие контрольно-измерительные приборы и датчики.

Пришлите перечень каналов с типами датчиков, длинами линий и моделью контроллера на prom@tkasiatorg.ru — подберём преобразователи по каждому каналу, посчитаем ширину в шкафу и питание, укажем, где достаточно универсального модуля ввода без отдельных устройств.