РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ С НОРМАЛИЗИРОВАННЫМ ВЫХОДОМ

№75-1,

Технические науки

Статья содержит общую информацию о датчиках избыточного давления. Рассмотрена работа интеллектуального датчика давления, возможности передачи информации о измеренном сигале. Представлена принципиальная схема интеллектуального устройства для измерения избыточного давления с нормализированным выходом.

Похожие материалы

Введение

Давление, на сегодняшний день, является самым востребованным измеряемым параметром на нефтяной, газовой, пищевой промышленности, а также в коммунальном хозяйстве. Для контроля утечки газа, нефти, воды используют датчики избыточного давления.

Под избыточным давлением понимают, положительную разность между измеряемым и атмосферным давлением.[1]

Датчики избыточного давления — это преобразователи, которые измеряют давление, создаваемое какой-либо средой относительно атмосферного.[2]

Преобразователи давления различают по методам измерения:

  1. Деформационные — преобразуют перемещение чувствительного элемента (мембрана, сильфон) с помощью промежуточных механизмов и устройств (магнитотранзисторного, оптоэлектронного) в электромагнитный или электрический сигнал.
  2. Электрические — при измерении давление воздействует на чувствительный элемент, в результате чего изменяются его электрические параметры (сопротивление, емкость, заряд). Этот параметр становится пропорциональным давлению.

В настоящий момент широко развивается область интеллектуальных приборов, которые могут корректировать погрешность измерений, а также производить калибровку устройства и регистрировать ошибки на расстоянии.

В большинстве случаев преобразователи данного типа используют на производстве, где работа происходит в широком диапазоне температур. Данный параметр имеет прямое влияние на точность выходной величины, то есть вносит погрешность. Для ее устранения вводят дополнительный канал измерения, который состоит из термопреобразователя. Данное устройство циклично измеряет температуру окружающей среды и передает значение на микроконтроллер.

Микроконтроллер, необходим для расчета погрешности вносимой температурой.

Составные части Принципиальной схемы

В данной статье будет рассмотрен интеллектуальный датчик давления с нормализированным выходом.

В качестве чувствительного элемента используется измерительная упругая мембрана и наклеенный на нее тензорезистор.

Тензорезистор — это полупроводниковый резистор, значение сопротивления которого зависит от его деформации. Он состоит из чувствительного элемента в виде зигзагообразного проводника, который нанесен на гибкую подложку.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема прибора:

Принципиальная схема интеллектуального датчика давления
Рисунок 1. Принципиальная схема интеллектуального датчика давления

Схема начинает свою работу при поступлении на вход стабилизатора напряжения 220В.

Функциональная схема состоит из следующих элементов:

  1. Стабилизатор напряжения — служит для питания схемы, а также для получения высоких метрологических характеристик в широком диапазоне рабочих температур. Питание измерительного моста, датчика температуры осуществляется импульсным напряжением от стабилизатора напряжений. Это напряжения поступает на выводы а и б измерительного моста. Такое включение питающих цепей обеспечивает симметрию схемы и позволяет снизить требования к коэффициенту ослабления синфазного сигнала усилителя.
  2. Датчик избыточного давления — служит для регистрации основного сигнала (избыточного давления). Он состоит из измерительной упругой мембраны, которая под действием давления прогибается. На мембрану наклеивается один тензорезистор, который под действием давления так же прогибается и изменяет величину сопротивления. В результате изменяется сопротивление всего измерительного моста.
  3. Так как сигнал с выходной диагонали моста довольно мал, то перед тем как его подать на АЦП его необходимо усилить. Для этого используется инструментальный усилитель.
  4. Для компенсации температурной погрешности датчика избыточного давления используется датчик температуры, прикрепленный к корпусу датчика давления. В нашем случае мы будем использовать тензорезистор, в состав которого входит термопара.
  5. Сигналы с выхода дифференциального усилителя и датчика температуры поступает на входы АЦП. Где преобразуются в цифровой сигнал.
  6. С выхода АЦП цифровые значения сигнала с датчиков поступают на микропроцессор.
  7. Далее микропроцессор:
    • Производит регистрацию значений температуры, избыточного давления.
    • Вычисляет величину погрешности вносимые температурой и атмосферным давлением.
    • Выводит цифровое значение на дисплей.
  8. После микроконтроллера на ЦАП поступает цифровая величина, которую он преобразует в аналоговую.
  9. Далее выходная величина с ЦАП поступает на преобразователь напряжения в ток, для вывода значения в стандарте 4..20 мА.

В разрабатываемой схеме используется цифровое и аналоговое значение выходной величины. Это связано с тем, необходимо контролировать избыточное давление непосредственно на производстве. Помимо этого данный сигнал нужно передавать оператору на дальние расстояния. Поэтому используют токовую петлю 4..20 мА, так как данная передача сохраняет точность измеряемой величины, за счет исключения погрешности от проводов. Данный тип передачи считается типовым.

Список литературы

  1. Гуртовцев А. Измерение давления в автоматизированных системах. // Современные технологии.- 2001.№4.
  2. Васильев В.А. ,Чернов П.С. Интеллектуальные датчики, их сети и информационные системы// INTERMATIC –2012, часть 4.