Меню

Датчик напряжения с сигналом 4 20ма

Датчик напряжения ИПН (выход 4-20 мА)

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Датчик напряжения ИПН(преобразователь измерительный напряжения)предназначен для непрерывного преобразования текущего значения измеряемого напряжения переменного тока частотой 50Гц в аналоговый сигнал постоянного тока 4-20 мА.

Датчик используется в системах автоматизации технологических процессов совместно с контроллерами, регуляторами и вторичными приборами.

Подключение датчиков к контроллерам [PDF,170kB]

Технические данные:

Напряжение питания 16-36 В пост. тока
Пульсация напряжения питания 0,5% от ном. значения
Выходной сигнал 4-20 мА пост. тока
Диапазон измеряемого напряжения 0-250 В
Частота измеряемого напряжения 50±1 Гц
Предел допускаемой приведенной основной погрешности Не более 1%
Дополнительная температурная погрешность на 10°С Не более 0,5%
Характеристика Линейная
Температура окружающего воздуха От +5 до + 50°С
Степень защиты корпуса IP31 по ГОСТ 14254
Способ присоединения внешних проводов сечением до 1 мм2 Под винт через разъем
Габаритные размеры корпуса Не более 140х56х36 мм
Межкалибровочный интервал 2 года
Масса Не более 0,4 кг
Срок службы Не менее 10 лет

Пример записи при заказе и в документации:

Датчика на напряжение от 0 до 250В и выходным сигналом 4-20 мА:
Преобразователь напряжения, 250В, 4-20 мА ИПН ПМКЕ.411522.001ТУ

Устройство и принцип работы

Датчик состоит из измерительного трансформатора и нормирующего усилителя.

Изменение напряжения нагрузки вызывает изменение выходного напряжения трансформатора. После детектирования и фильтрации выходного напряжения трансформатора нормирующий усилитель преобразует его в аналоговый сигнал постоянного тока 4-20 мА.

Указания по эксплуатации

Окружающая среда не должна содержать агрессивных паров, газов, аэросмесей и быть взрывоопасной.

Пространственное положение датчика любое.

Датчик крепится к ровной поверхности с помощью двух винтов М4.

Подключение датчика к измеряемой цепи осуществляется через разъем с винтовыми зажимами кабелем с медными жилами сечением до 1 мм2.

Подключение датчика к контроллеру или вторичному прибору осуществляется через разъем с винтовыми зажимами экранированным кабелем с медными жилами сечением до 1 мм2 в соответствии с рисунком 2.

Источник

Унифицированные аналоговые сигналы в системах автоматики

При автоматизации технологических процессов используются различные датчики и исполнительные устройства. И те и другие так или иначе связаны с контроллерами или модулями ввода/вывода, которые получают от датчиков измеренные значения физических параметров и управляют исполнительными устройствами.

Представьте, что все устройства, присоединяемые к контроллеру имели бы различные интерфейсы — тогда производителям пришлось бы «плодить» огромное количество модулей ввода-вывода, а для того, чтобы заменить, например, неисправный датчик, нужно было бы искать точно такой же.

Именно поэтому, в системах промышленной автоматики принято унифицировать интерфейсы различных устройств.

В этой статье мы расскажем об унифицированных аналоговых сигналах. Поехали!

Унифицированные аналоговые сигналы

С аналоговыми сигналами мы имеем дело при измерении любых физических величин (температуры, влажности, давления и т.д.), а так же при непрерывном управлении исполнительными устройствами (регулирование скорости вращения двигателя с помощью преобразователя частоты; управление температурой с помощью нагревателя и т.д.).

Во всех перечисленных и им подобных случаях используются аналоговые (непрерывные) сигналы.

В контроллерном оборудовании в подавляющем большинстве случаев используются два типа аналоговых сигналов: токовый 4-20 мА и сигнал напряжения 0-10 В.

Унифицированный сигнал напряжения 0-10 В

При использовании этого типа сигнала для получения информации с датчика весь его (датчика) диапазон делится на диапазон напряжения 0-10 В. Например, датчик температуры имеет диапазоны -10…+70 °С. Тогда при -10 °С на выходе датчика будет 0 В, а при +70 °С — 10 В. Все промежуточные значения находятся из пропорции.

Читайте также:  Реле напряжения вольт ваз

Это же верно для любого другого устройства. Например, если аналоговый выход частотного преобразователя настроен на передачу текущей скорости вращения двигателя — тогда 0 В у него на выходе означает, что двигатель остановлен, а 10 В, что двигатель крутится на максимальной частоте.

Управление сигналом 0-10 В

С помощью унифицированного сигнала напряжения можно не только получать данные о физических величинах, но и управлять устройствами. Например, можно привести трёхходовой клапан в нужное положение, изменить скорость вращения электродвигателя через частотный преобразователь или мощность нагревателя.

Возьмём для примера электродвигатель, частотой вращения которого управляет частотный преобразователь.

управление сигналом 0-10 В

Частоту вращения двигателя задаёт контроллер сигналом 0-10 В, приходящим на аналоговый вход частотника.Частота вращения двигателя двигателя может быть от 0 до 50 Гц. Тогда, если в соответствии с алгоритмом контроллер собирается раскрутить двигатель на 25 Гц, он должен подать на вход частотника 5В.

«Токовая петля»: унифицированный аналоговый сигнал 4-20 мА

Аналоговый сигнал 4-20 мА (ещё называют «токовая петля») так же как сигнал напряжения 0-10 В используется в автоматике для получения информации от датчиков и управления различными устройствами.

По сравнению с сигналом 0-10 В сигнал 4-20 мА имеет ряд преимуществ:

  • Во-первых, токовый сигнал можно передать на большие расстояния в сравнении с сигналом 0-10 В, в котором происходит падение напряжения на длинной линии, обусловленное сопротивлением проводников.
  • Во-вторых, легко диагностировать обрыв линии, т.к. рабочий диапазон сигнала начинается от 4 мА. Поэтому если на входе 0 мА — значит на линии обрыв.

Управление сигналом 4-20 мА

Управление различными устройствами с помощью токового сигнала ничем не отличается от управления с помощью сигнала напряжения. Только в данном случае нужен уже источник не напряжения, а тока.

Если устройство имеет управляющий вход 4-20 мА, то таким устройством может управлять контроллер или другое интеллектуальное устройство, имеющее соответствующий выход.

Например, мы хотим плавно открывать вентиль, имеющий электропривод со входом 4-20 мА. Если подать на вход сигнал тока 4 мА, тогда вентиль будет полностью закрыт, а если подать 20 мА — полностью открыт.

Активный и пассивный аналоговый выход 4-20 мА

Зачастую аналоговый выход датчика, контроллера или другого устройства — пассивный, то есть не может являться источником тока без внешнего питания. Поэтому при проектировании схемы автоматики нужно внимательно изучить характеристики аналоговых выходов используемых устройств, и если они пассивные — добавить в схему внешний источник питания для пропитки токовой петли.

Сигнал тока 4-20 мА

На рисунке представлена схема подключения датчика с выходом 4-20 мА к измерителю-регулятору с соответствующим входом. Поскольку выход датчика пассивный — требуется его пропитка внешним блоком питания.

Нормирующий преобразователь

ОВЕН Нормирующий преобразователь 4-20 мА датчика температуры При измерении физической величины (температуры, влажности, загазованности, pH и др.) датчики преобразуют её значение в ток, напряжение, сопротивление, ёмкость и т.д. (в зависимости от принципа работы датчика). Для того, чтобы привести выходной сигнал датчика к унифицированному сигналу используют нормирующие преобразователи.

Нормирующий преобразователь

Нормирующий преобразователь — устройство, приводящее сигнал первичного преобразователя к унифицированному сигналу тока или напряжения.

Так выглядит датчик температуры с нормирующим преобразователем:

Источник



Датчики напряжения с выходными сигналами 4-20мА 0-10в 0-20мА

Датчики напряжения предназначены для контроля напряжения в электрических цепях с номинальным напряжением до 4 кВ с изолированной нейтралью или 6(10)кв для заземленной нейтрали. Датчик преобразовывает входной сигнал переменного тока в выходной унифицированный сигнал постоянного тока, который можно направить на измерительные приборы или контроллеры управления. Датчики герметизированы, не ремонтируются и не требуют обслуживания. Датчики содержат встроенный трансформатор, обеспечивающий гальваническую развязку не хуже 1 кВ (50 Гц, 1 мин.) или не хуже 4 кВ (50 Гц, 1 мин.) и универсальную платформу «Айюми», разработанную специально для применения с выпускаемыми нами измерительными трансформаторами. Номинальное напряжение питания платформы составляет 24 В, работоспособность полностью сохраняется в диапазоне напряжений 20-28 В. Платформа малочувствительна к пульсациям и нестабильности питающих напряжений. Диапазон рабочих температур датчиков -40. +85град.С.

Читайте также:  Однофазные стабилизатор напряжения италия

В настоящее время для заказа доступны датчики на входные токи 0,5 и 2 мА для напряжений до 4 кВ с&nbsp с изолированной нейтралью или любым с заземленной нейтралью;внешним токоограничительным шунтом, рассчитанным на работу с напряжением применения.Кроме этого доступны для заказа датчики напряжения со встроенными токоограничительными резисторами для работы с низким напряжением. На фото представлен датчик с номинальным напряжением 600в и гальванической развязкой 4кВ в габаритах 40х40х20мм. Сниженные до 0,5 мА входные токи против существующих аналогов (например, датчики фирм LEM или 3Е требует 10 или 20 мА) существенно снижают требования по рассеиваемой мощности у токоограничивающих резисторов и, соответственно, цены и габаритов. Например для приложения 2,5 кВ требуется всего 1,25 Вт рассеиваемой мощности на резисторе, в то время как для LEM LV200-AW/29 необходимо уже 50 Вт! Кроме того, однополярное питание с широким диапазоном допустимых напряжений и малое потребление повышают эксплуатационные преимущества датчика перед известными датчиками на основе эффекта Холла при измерении переменного напряжения.

Наименование датчика для заказа: ТП03C-хх/yy-zz, где:

  • хх — номинальный входной ток (мА)
  • yy — выходной сигнал: 0-1 В/0-10 В/0-20 мА/4-20 мА
  • zz — 00-жесткие вывода для монтажа на печ. плату.

Например: ТП03С-0,5мА/(4-20мА)-00, т.е. трансформатор ТП03С с ном. вх. током 0,5 мА, внешним токоограничительным резистором и выходом 4-20 мА, для печатного монтажа.

Для заказа доступны следующие варианты исполнения:

Фото 1. Фото датчика напряжения с внешним резистором

Фото 1 — Фото датчика напряжения с внешним резистором

Фото 2. Фото датчика напряжения на 600в с выходом 4-20мА со встроенным резистором

Фото 2 — Фото датчика напряжения на 600в с выходом 4-20мА со встроенным резистором

Фото 3. Фото датчика напряжения с выходом 4-20мА с внешним резистором

Фото 3 — Фото датчика напряжения с выходом 4-20мА с внешним резистором

* возможна поставка с выходными напряжениями 0-3 или 0-5 В

Внимание: Входное сопротивление измерителя на принимающей стороне должно быть:

  • не ниже 50 кОм для модификаций 0-1в;
  • не ниже 100 кОм для 0-10в;
  • не выше 500 Ом для 0-20 мА (включая сопр. проводников)
  • не выше 800 Ом для 4-20 мА (включая сопр. проводников) при 24в. питания токовой петли

Датчик имеет гибкие провода с усиленной изоляцией для подключения измеряемого напряжения через токоограничивающий резистор и жесткие вывода для установки на печатную плату, либо клеммники для непосредственного подключения цепей гибкими проводами.

Устройство и принцип работы

Структура датчика напряжения с аналоговым выходом представлена на рис. 1

При подаче напряжения Uвх, через Rогр и первичную обмотку трансформатора протекает ток, рассчитываемый по формуле Iвх=(Uвх — 0,28 В)/Rогр. Для заказа доступны модели с номинальным током 2 или 0,5 мА. Встроенный токовый трансформатор обеспечивает гальваническую развязку и передачу сигнала в усилитель-преобразователь ток-напряжение. Полученное напряжение выпрямляется прецизионным выпрямителем и поступает на интегратор, выполненный в виде RC цепи, позволяющий выделить среднее напряжение, пропорциональное входному току, а, следовательно, входному напряжению. На выходе RC цепи установлен формирователь напряжения — ток, который выполняет роль буфера и приводит выходной сигнал к 0. Выходное напряжение формируется при протекании тока формирователя через Rвых. При шунтировании этого резистора, выходное напряжение может изменяться в широких пределах (0-1 В; 0-2 В и т.д.) для заданного значения входного напряжения, что позволяет корректировать датчик подстройкой резистора нагрузки. Данная подстройка может осуществляться и при необходимости снижения выходного напряжения или подстройки АЦП под имеющийся ИОН. В то же время, величина выходного напряжения и внутреннего сопротивления (не более 49,9 Ом для 0-1 В и 499 Ом для варианта 0-10 В) аналогового выхода позволяет без труда сопрягать его с АЦП микроконтроллеров или стандартными измерительными приборами, имеющими вход 0-1 В или 0-10 В. При необходимости, на этапе изготовления, возможно снижение или увеличение постоянной времени RC цепи или настройки требуемого выходного напряжения или тока под конкретное приложение, например 0-3 В или 0-5 В.

Читайте также:  Что будет если поднять напряжение видеокарты

Модификация трансформатора с выходом 0-20 мА не имеет встроенного резистора. Максимальное напряжение на выходе 4 датчика может достигать 10 В, что ограничивает входное сопротивление измерителя с учетом сопротивления проводов величиной 500 Ом. В модификации 4-20 мА установлен встроенный резистор 1 Ом и применяется 2-х проводное подключение, что ограничивает входное сопротивление измерителя уже до 800 Ом при питании 24 В.

Собственное потребление платформы «Айюми» при отсутствии входного сигнала не превышает 0,8-1 мА в диапазоне напряжений 20-28 В. Максимальный потребляемый ток не более —21 мА (20 мА для 4-20 мА), что позволяет использовать его с маломощными источниками питания. Кроме того, по требованию может быть существенно снижен максимальный ток потребления для использовании высокоомных нагрузок.

Внимание: при расчете токоограничивающего резистора следует правильно выбрать его рабочее напряжение и мощность. Например для измерения 0,4 кВ входного напряжения необходимо:

  1. Рассчитать требуемое сопротивление: Rогр = 400 В/0,5 мА = 800 кОм.
  2. Рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе W = Uвх · Iвх = 400 В · 0,5 мА = 0,2 Вт
  3. Выбрать оптимальную структуру ограничительного резистора. В случае SMD, используем 1206 с параметрами 0,2 Вт; 200 В. Для снижения нагрева, а, следовательно, и ухода сопротивления от номинального значения, берем цепочку из 4 резисторов по 200 кОм. Это обеспечит максимальное рабочее напряжение 800 В против требуемых 400 · 1,41 = 564 В и запас по мощности в 4 раза, что снизит рабочую температуру резисторов.

Габаритный чертеж датчика напряжения представлен на рис. 2

Обратите внимание, вывод 2 не используется и устанавливается только по требованию покупателя.

Типовые схемы подключения трансформаторов приведены на рис. 3

  • На рис. 3а изображена схема подключения ТП03С-хх/(0-1в) к универсальному измерителю 0-1 В и особенностей не имеет, аналогичное подключение имеет и Т03С-хх/(0-10в) к универсальному измерителю 0-10 В.
  • На рис. 3б изображена схема сопряжения ТП03С-хх/(0-10в) с АЦП микроконтроллера со встроенным ИОН = 5 В. Для снижения выходного напряжения с 10 до 5 В установлен дополнительный резистор 499 Ом. Для других напряжений ИОН величину добавочного резистора можно рассчитать по формуле: Rx = 499 · Ux / (10 — Ux).
  • На рис. 3в изображена схема подключения ТП03С-хх/(4-20мА) к универсальному измерителю 4-20 мА и особенностей не имеет.
  • На рис. 3г изображена схема подключения ТП03С-хх/(0-20мА) к универсальному измерителю 0-20 мА.

Рис. 1. Функциональная схема датчика напряжения с внешним резистором с платформой «Айюми»

Рис 1 — Функциональная схема датчика напряжения с внешним резистором с платформой «Айюми»

Рис. 2. Габаритный чертеж трансформатора тока ТП03С-хх/уу-00

Рис 2 — Габаритный чертеж трансформатора тока ТП03С-хх/уу-00

Рис. 3. Типовые схемы включения трансформатора с унифицированными аналоговыми выходами

Рис 3 — Типовые схемы включения трансформатора с унифицированными аналоговыми выходами

Источник