Изучение и настройка датчиков с нормирующим преобразователем

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

кафедра

Автоматизации производственных процессов

дисциплина « Физические основы преобразовательнойтехники»

Лабораторная работа№ 6

«Исследование и настройка ТС со встроенным нормирующим преобразователем »

Иркутск 2016г.

Цель работы :Изучение функциональных возможностей микропроцессорного датчика температуры Метран-2700 и конфигуратора Метран-6700 с программным обеспечением Prog-Master.

Используемое оборудование:

1. Датчик температуры Метран-2700;

2. Конфигуратор Метран-6700;

3. Персональный компьютер с программным обеспечением Prog-Master;

Теоретическая часть. Нормирующие преобразователи температуры

Нормирующие преобразователи температуры предназначены для преобразования сигнала датчиков термосопротивления или термоЭДС термопар в стандартный выходной токовый сигнал 0…5, 0…20 или 4…20 мА. Необходимость применения нормирующих преобразователей связана с тем, что в некоторых случаях измеренное значение температуры требуется передать на несколько вторичных приборов. Сделать это, имея выходной сигнал термоЭДС и, особенно, термосопротивления весьма проблематично.

Так же целесообразно применять нормирующий преобразователь в случае, если термопара существенно удалена от вторичного прибора. Ведь при этом материальные затраты на приобретение компенсационного провода могут быть очень велики. Выгоднее использовать встроенный в головку термопары нормирующий преобразователь (так называемую токовую таблетку) и выполнить подключение к вторичному прибору обычным медным кабелем. С этой же точки зрения выгоднее использовать нормирующий преобразователь при подключении удаленного термометра сопротивления. Четырехжильный соединительный кабель можно будет заменить менее дорогим двухжильным кабелем.

«Токовая таблетка» всегда имеет токовый выход 4…20 мА если соединяется с вторичным прибором по двухпроводной схеме. Нормирующий преобразователь температуры имеет более узкий диапазон рабочих температур по сравнению с термометром сопротивления или термопарой. Обычно его нормальная работа гарантируется в диапазоне температур от -20 до +40 °С. Это необходимо учитывать при его применении, так как, например, головка термопары может подвергаться воздействию более высоких температур, располагаясь вблизи стенки печи. Термометр сопротивления, наоборот, может охлаждаться до температур ниже -20°С при установке на открытом воздухе или в продуваемом пролете цеха. Несоблюдение температурного режима работы может стать причиной некорректных показаний и выхода нормирующего преобразователя из строя. Диапазон рабочих температур нормирующего преобразователя не имеет ни чего общего с диапазоном измерения (преобразования) температур, или, иначе говоря, шкалой нормирующего преобразователя. Если в качестве датчика температуры используется термопара, то шкала нормирующего преобразователя может быть 0…600, 0…900 и даже 0…1200°С.

Рисунок 1.1 – Датчик со встроенным нормирующим преобразователем

Рисунок 1.2 – Внешний вид нормирующинго преобразователя (« таблетка»)

Изучение и настройка датчиков с нормирующим преобразователем

Сигналы непосредственно от ТП и ТС или «естественные» (т.е. необработанные, не усиленные и неунифицированные) передаются на расстояния до 50м и обладают слабой помехозащищенностью. Для локальных аналоговых систем автоматического регулирования (ЛСАР) ранее это было допустимо, но с развитием ИИС – информационно-измерительных систем, АСУ ТП, когда современная СУ содержит сотни датчиков, которые располагаются на расстоянии нескольких километров от контроллера, требуется усиление и преобразование сигнала от датчика. Для этой цели созданы нормирующие выходные преобразователи, преобразующие термоЭДС ( сигнал от датчиков- термопар) или электрическое сопротивление (сигнал от датчиков – термометров сопротивления) в стандартный унифицированный аналоговый выходной сигнал постоянного тока 4…20 мА.

Рисунок 1.3 – Принципиальная схема нормирующего преобразователя

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ДХС– термодатчик (компенсатор холодного спая)

ЦАП – цифро- аналоговый преобразователь

МК - микроконтроллер

ЛУ – логическое устройство

Lan– интерфейс связи с ПК

Ст– стабилизатор напряжения

+/-Вх – контакты для подключения первичных преобразователей

+/-Вых – контакты подключения выходного сигнала 4-20 мА к измерительному устройству.

       С этой целью сигналы от ТП и ТС усиливают с помощью электронного блока, который встраиваютнепосредственно в головку датчика. На выходе электронного блока получают аналоговые сигналы высокого уровня:

унифицированные токовые сигналы 0 – 5мА или 4 - 20 мА

 унифицированные сигналы напряжения 0 – 5 В или 0 – 10 В.

Сигналы высокого уровня постоянного тока обладают большей помехозащищенностью, т.к, помеху, которая представляет собой сигнал переменного тока, легче отфильтровать и подавить. Сигнал помехи сравним по уровню с «естественным» сигналом ТП и ТС и «незаметен» на уровне высокого сигнала.

Наибольшее распространение получили токовые выходные сигналы постоянного тока 4 – 20 мА. Расстояния, на которые могут передаваться такие сигналы, достигают 5 км.

Рисунок.1.4 - Датчик температуры со встроенным выходным  преобразователем

Термопреобразователь с УВС состоит из первичного преобразователя (ПП) температуры и электронного преобразователя (ЭП).

В качестве первичного преобразователя температуры (1) используются:

- преобразователи термоэлектрические:ТХА, ТХК, которые преобразуют температуру в термо-э.д.с.

- термопреобразователи сопротивления: ТСМ (50М, 100М), ТСП (50П, 100П, Pt100), которые преобразуют температуру в электрическое сопротивление.

Электронный преобразователь(2) встроен в головку термопреобразователя и подсоединен к первичному преобразователю, источнику питания, измерительному или регистрирующему прибору.

Электронный преобразователь предназначен для преобразования сигнала от первичного преобразователя в унифицированный аналоговый сигнал.

Работая с такими датчиками, мы самостоятельно можем производить настройку и корректировку преобразователя. Настраивать преобразователь под определенные датчики и необходимые диапазоны. Для этого существует специальное программное обеспечение Prog-Master.

Программное обеспечение Prog-Мaster позволяет производить:

– Тестирование и конфигурирование датчиков

– Диагностику датчика, контура питания, аналогового сигнала прямо на месте установки;

– Калибровку датчика под индивидуальную статическую характеристику чувствительного элемента для повышения точности;

– Выбор времени демпфирования.

Рисунок 1.5- Окно программы Prog-Мaster

Ход работы:

1. Собрать схему согласно рис.1.6.

Где ДТ – Метран 2700 – микропроцессорный датчик температуры с нормирующим преобразователем. Конфигуратор Метран 6700 – Устройство для настройки преобразователя (соединяется с «+» и «-» клемами датчика), напряжение питание конфигуратора ~220 в. Соединение с ПК через USBкабель.

Рисунок.1.6 - Схема подключения преобразователя для работы с программой Prog-Master

2.  Запустить программу Prog-Master;

Рисунок .1.7 – Главное окно программы Prog-Master;

Откроется главное окно программы рисунок 1.7. Теперь необходимо произвести настройку COM порта.