3.3. Електропневматичний перетворювач та електричні манометри опору

Електропневматичні перетворювачі (рис.1,г) призначені для пропорційного перетворення аналогового сигналу 0...5 мА в уніфікований пневматичний сигнал 20...100 кПа. Принцип дії таких пристроїв грунтується на пневмосиловій компенсація зусиль, утворюваних електричним сигналом.На електромеханічний перетворювач 8 подається стандартний сигн І_вх = 0...5 мА від вимірювального блока. Цей струм, проходячи по виткам котушки 1, яка знаходиться у полі постійного магніту 8, утворює зусилля Р_в = к І_вх, де к = - постійний коефіцієнт. Зусилля Р_в передається важелю 4. Останній повертається відносно рухомої опори 0. Одночасно змінюється зазор δ між соплом 3 та заслінкою 2. Наприклад, із зростанням величини І_вх збільшується значення Р_в, зменшується значення δ, що призводить до зростання тиску Р_вих на виході з пневмопідсилювача 7, тобто р Р_вих =f(І_вх).Вихідний тиск Р_вих одночасно подається у сильфон 6 зворотного зв’яз­ку. Цей сильфон перетворює тиск у зусилля зворотноо зв’язку Р_зз = Р_вих*S , де S - ефективна площа сильфона. Рівновага рухомої системи поновиться за умови,якщо Р_в = Р_зз, за відповідного співвідношення між значеннями І_вх та Р_вих перетворювача.

Для зменшення впливу коливань температури навколишнього середовища служить мідний шунт R_m та опір із манганінового дроту R. Тиск 20 кПа виставляється за допомогою пружини 5, а 100 кПа - переміщенням рухомої опори 0. Клас точності таких перетворювачів — 0,6; 1,0.

Для вимірювання тиску в важкодоступних місцях використовуються елект-

ричні манометри опору. Принцип дії приладів цієї групи грунтується на непрямому методі вимірювання - зміні електричного опору чутливого елемента під дією зовнішнього тиску, які функціонально пов’язані між собою.

В таких манометрах використовується метал або напівпровідник з великою зміною опору під дією тиску, тобто, з великим, так званим, п’єзокоефіцієнтом та малим температурним коефіцієнтом опору.Зміна опору R металу (в Ом), при прикладеному до нього тиску Р, відповідає залежності: R = К_р*R*Р, (9), де К_р - п’єзокоефіцієнт; R - опір металу за нульового тиску, Ом.

Принципово такий манометр (використовується для вимірювання високих тисків – до 3ГПа). являє собою масивний порожнистий корпус, в порожнину якого подають тиск і де знаходиться вимірювальна котушка, на якій в один рядок намотаний (без натягу) тонкий манганіновий дріт діаметром 0,05 мм та менше. Опір дроту вимірюють за допомогою відомих приладів: логометра, автоматичного моста тощо. Напівпровідникові ПВП являють собою кремнієві

діоди з паралельно ввімкненими активними опорами і використовуються як

високочутливі вимірювачі різниці тисків за статичного тиску до 150 МПа.

3.4. Перетворювач Sitrans p ds III

Загальний вигляд вимірювального перетворювача Sitrans P DS III та схема

вимірювальної комірки (сенсора) дифманометра приведена на рис.2. Із схеми видно, що датчик складається: із двох розподільчих мембран 1 (більшого тиску «+» та меншого - «-») ; двох О-подібних кілець, що фіксують мембрани 1; кремнієвої вимірювальної мембрани 3 з тензомодулем 4; корпусу вимірювальних комірок 6 з боковими фланцями 5 та рідини наповнення 7 (силіконове мастило).

Вимірювана різниця тисків через розподільчі мембрани 1 і наповнення 7

передається на вимірювальну мембрану 3, деформуючи її. Одночасно деформується і кремнієвий сенсор (тензомодуль) 4. Чотири встановлених на вимірювальну діаграму по мостовій схемі тензорезостори (п’єзоопори) змінюють завдяки поданому тиску свій опір. Зміна опорів визиває зміну

напруги у вимірювальній діагоналі мосту, що пропорційна різниці тисків на

Рис.2. Загальний вигляд та будова ПВП дифманометра Sitrans P DS III

входах «+» та «-».При перевищенні різниці тисків межових значень, що

допустимі для даного датчика, відхиляючись мембрана 3 торкається стінок

корпусу 6 і захищає сенсор 4 від перевантаження. Для особливих випадків використовування, наприклад, вимірювання тиску високов’язких матеріалів,

вимірювальні перетворювачі Sitrans P DS III поставляються з розділювачами

тиску різноманітної конструкції.

Фірмою “Siemens” випускаються вимірювальні перетворювачі різниці тисків тиску Sitrans P серії МК-ІІ з вбудованими аналоговими та серії MS, DS - цифровими індикаторами. З аналоговими індикаторами виготовляються перетворювачі на діапазон 0,23-160 бар, а цифровим – на межі 0,03-400 бар. Серія DS SITRANS P може вимірювати крім різницевого (диференціального) тиску, також надлишковий та абсолютний тиски.

Структурна схема вимірювального перетворювача DS ІІІ приведена на рис.3. Вхідний вимірювальний тиск, або різниця тисків, перетворюється в сенсорі 1 (тензомодулі) в електричний сигнал, який підсилюється в 2 та перетворюється в цифровий код в АЦП 3. Цифрова інформація опрацьовується

в мікроконтролері 4 з одночасною корекцією характеристики перетворення по

температурі та лінійності, і перетворюється в ЦАП 5 в вихідний уніфікований

струмовий сигнал, що об’єднується одночасно із струмом живлення.

Тобто, вимірювальний перетворювач виготовляється по двопроводовій cхемі живлення, яка одночасно є лінією як живлення, так і отримання уніфікованого вихідного сигналу 4-20 мА про значення тиску в об’єкті. Специфічні параметри налаштування сенсора та параметри налаштування мікропроцесорного контролера, зберігаються в двох енергонезалежних ППЗП 6. Перший ППЗП з’єднаний з сенсором, другий – з платою електроніки. Таке розділення пам’яті

дозволяє незалежну заміну сенсора та плати електроніки.

Налаштування перетворювача DS ІІІ можливе за допомогою клавіш 8 за

місцем або за допомогою НАRТ - модему 7, що дозволяє виконувати конфігурування приладу через протокол НАRТ - специфікації.

Основні складові перетворювача:

1. Датчик (сенсор)

2. Підсилювач (міст Уітстона)

3. Аналого-цифровий перетворювач

—+U(= 12…30 В); І = 4…20 мА

—- (двопровідна схема живлення)

4. Мікропроцесорний контролер

5. Цифро-аналоговий перетворювач

6. Енергонезалежна пам'ять ( одна –

1. для налаштування мікропроцесора

друга - для сенсора)

7. НАRТ -інтерфейс

8. Клавіші налаштування DS III

9. Цифровий індикатор

Рис.3. Структурна схема

вимірювального перетворювача

Sitrans P DS III

При конфігуруванні (налаштуванні) перетворювача за через НАRТ – комунікацію, здійснюється проміжне під’єднання НАRТ – модему 7 безпо-середньо до його лінії живлення в два проводи та конфігурування здійснюється за допомогою ноутбука або РС-комп’ютера.

Необхідні для комунікації по НАRТ – протоколу 5.х та 6.х сигнали накладуються на вихідний уніфікований струмовий сигнал за частотно-комунікаційним методом (метод FSK, Frequency Shift Keying).

Прилади серії DS III можуть додатково використовуватись для вимірювання витрати по перепаду тиску на звужуючих пристроях, тому забезпечують розрахунок функції: f = √ΔР, де ΔР - перепад тиску на звужуючому пристрої.