Линии связи для измерительных устройств с аналоговыми выходными сигналами.

Линия связи измерительного устройства выполняет функции:

o передача информационного сигнала от датчика к аппаратуре осуществляющей обработку и использование информации (УСО, контроллер, регулятор…);

o передача электрической энергии для питания датчика.

При подключении измерительных устройств с аналоговыми выходными сигналами применяют: четырехпроводные, трехпроводные и двухпроводные линии связи.

Четырехпроводная линия связи.

Использует два отдельных провода для передачи питания и два отдельных провода для передачи информационного сигнала. На рис. 9.7. в верхней части условно изображен измерительный преобразователь, кабель связи, вторичный преобразователь в виде измерителя-регулятора, в нижней части структурная схема четырехпроводного подключения измерительного устройства.

 Обозначения:

ИУ – измерительное устройство;

ВП – вторичный преобразователь;

х – измеряемый физический параметр;

ИП – измерительный преобразователь;

ИЭП – источник электропитания;

УОИ – устройство обработки информации;

UП – напряжение питания;

Между ИУ и ВП имеются линии связи (ЛС).

Обозначение трансформатора указывает на возможность применения гальванического разделения по питанию.

Рис. 9.7. Четырехпроводная линия связи.

Достоинства:

o позволяет передавать все известные стандартные электрические сигналы;

o возможность применения внутри ИУ гальванического разделения (исключение влияния питающего сигнала, возможность подключения большого количества различных потребителей информации, обеспечение безопасности сигнальных цепей и обслуживающего персонала от воздействия питающего напряжения).

Недостатки: высокая стоимость линии связи.

Трехпроводная линия связи.

Использует один отдельный провод для передачи питания, один отдельный провод для передачи информационного сигнала и один провод общий. На рис. 9.8 в верхней части условно изображен измерительный преобразователь, кабель связи, вторичный преобразователь в виде измерителя-регулятора, в нижней части структурная схема трехпроводного подключения измерительного устройства.

Изображенная на рис. 9.8 линия связи используется для передачи сигналов напряжений. В данном случае общая шина является проводником передачи электрической мощности к измерительному преобразователю и также является проводником для передачи информационного сигнала. Из-за этого общий провод может являться источником погрешности, так как ток питания создает падение напряжения на сопротивлении этого провода.

Измерительное устройство преобразует входную физическую величину х в сигнал тока на выходе. Стабилизация тока Jc на выходе осуществляется с помощью датчика тока Rос, формирующего сигнал обратной связи (ОС). Управляя транзистором (см. рисунок выше), его током базы, ИП регулирует ток Jc. На стороне вторичного преобразователя ток сигнала Jc преобразуется в напряжение сигнала для УОИ. Пример реализации трёхпроводной линии связи приведен на рис. 9.9. Ток сигнала протекает по проводу +UП и возвращается по проводу Jc через нормирующий резистор RН. На стороне вторичного преобразователя нормирующее сопротивление RН преобразует сигнал тока в сигнал напряжения.   

Достоинство трехпроводной линии связи в том, что она получается дешевле, позволяет передавать любые аналоговые стандартные электрические сигналы, меньшее количество проводов, а недостаток в том, что невозможно применить гальваническое разделение сигнальных и питающих цепей, так как они используют общие провода.

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.

Работа схемы:

Измерительное 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:

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

o 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.