СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 75 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2016 Взрывоопасная зона Искробезопасные цепи Взрывобезопасная зона Барьер искробезопасности БИ-003 Преобразователь измерительный НПСИ-ТС X1 1 2 5 6 7 8 PA PA 4 3 2 RK1 of 1 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Цепь Цепь Цепь ПИТ –ПИТ Выход 4…20 мА Питание 10–36 В LOUT– LOUT+ LEX– SNS– SNS+ LEX+ X2 X3 Рис. 1. Схема подключения «пассивного» барьера в измерительном канале с ТС ● первичное средство измерения (дат- чик физической величины); ● барьер искробезопасности; ● нормирующий вторичный преобра- зователь; ● источник питания. Рассмотрим построение искробезо- пасных цепей на базе шунт-диодных барьеров на примере измерительных каналов температуры. И СКРОБЕЗОПАСНЫЕ ЦЕПИ ДЛЯ КАНАЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В промышленных системах контро- ля и управления в качестве датчиков температуры часто используют тер- мосопротивления (ТС) – резисторы, зависимость сопротивления которых от температуры известна, а также тер- мопары. Цепи для термосопротивлений При подаче стабилизированного тока на ТС возникает падение напря- жения, пропорциональное сопротив- лению и, таким образом, измеряемой температуре. Поскольку напряжение на входе вторичного измерительно- го преобразователя (ВИП), в общем случае, зависит не только от сопро- тивления датчика, но и от сопротив- ления линий связи (ЛС) между датчи- ком и ВИП, должны быть приняты меры по устранению влияния линий связи на результаты измерения температу- ры. Эффективность мер определяется выбранным методом исключения влия- ния линии связи и способом подключе- ния к вторичным измерительным пре- образователям. Типовых схем подключения ТС три: двухпроводная, трёхпроводная и четы- рёхпроводная. При четырёхпроводной схеме подключения разность сопро- тивлений плеч ЛС значения не име- ет. Это вызывает уверенность в незна- чимости и параметров ЛС. При этом встречаются ситуации, когда теоре- тический расчёт для измерительной системы на практике совершенно не оправдывается, либо когда внесение изменений в ЛС, не влияющее на раз- ность сопротивлений плеч, приводит, тем не менее, к искажению данных – вплоть до метрологического отказа преобразователя. Дело в том, что наряду с разбалан- сом плеч есть ещё такой параметр, как активное сопротивление ЛС. В техни- ческой литературе приводят примеры и расчёты, где этот параметр являет- ся составляющей погрешности только для двухпроводного подключения. Но оказывается, что некоторым образом он приобретает значение и для трёх- и четырёхпроводного подключения. Причина состоит в следующем: ВИП содержит в себе источник тока для опроса ТС. Идеальный источник тока не имеет ограничений по сопротивле- нию нагрузки. Для реального источни- ка тока всегда есть предельная величи- на сопротивления нагрузки, при кото- рой он выдаёт заданный ток опроса. При превышении этого порогового значения источник начинает зани- жать ток опроса, что приводит к рез- кому увеличению погрешности. Осо- бенно сильно эффект проявляется вблизи верхней границы диапазона измерений. К сожалению, изготови- тели ВИП не нормируют максималь- ное сопротивление ЛС, при котором работают их изделия. Как показали проведённые специалистами ООО «НПК Ленпромавтоматика» экспери- менты с продукцией ведущих миро- вых производителей ВИП для ТС, зна- чимая погрешность появляется при увеличении сопротивления одной ЛС до величины порядка 30 Ом. Такое сопротивление будет в том случае, если ЛС – это медные провода и клеммы, причём медный провод имеет сечение в 1 мм 2 , а его длина достигает 1714 м. Ввиду редкого использования таких длинных ЛС параметр максимально- го сопротивления ЛС и не нормирует- ся. Но он сразу становится значимым, когда между ВИП и датчиком появля- ется барьер искробезопасности. На рисунке 1 показана схема подключе- ния «пассивного» барьера в измери- тельном канале с ТС. Цепи для термопар При использовании барьеров иск- робезопасности, например, БИ-003/ БИ-004 производства OOO «НПК Лен- промавтоматика», с термоэлектриче- скими преобразователями (термопа- рами) основную трудность представ- ляет компенсация термоЭДС свобод- ных концов (термоЭДС холодного спая). Холодный спай образуется там, где заканчиваются удлинительные термоэлектроды (термокомпенсаци- онные провода). Если барьера нет, то холодный спай образуется на вход- ных клеммах вторичного измеритель- ного преобразователя. Все «продви- нутые» вторичные преобразователи, рассчитанные на подключение тер- мопар, содержат специальные схемо- технические решения для компенса- ции термоЭДС холодного спая. Если в состав измерительного канала вхо- дит барьер искрозащиты, то удлини- тельные термоэлектроды заканчивают- ся на клеммах барьера. Здесь и обра- зуется холодный спай. Если монтаж от выходных клемм барьера до вход- ных клемм вторичного измеритель- ного преобразователя вести обычны- ми медными проводами, возникает погрешность, обусловленная разно- стью температур этих клемм. Просто разместить барьер рядом с преобразо- вателем, чтобы уровнять их темпера- туры, – плохое решение: оба прибора в процессе работы могут достаточно сильно нагреваться, поэтому погреш- ность всё равно возникнет. Правиль- ный шаг – вести монтаж от барьера до преобразователя термокомпенсацион- ными проводами. В этом случае возни- кают две включённые встречно термо- пары на входных и выходных клеммах