5. Технические средства получения информации о состоянии объекта управления. Датчики

Устройства получения информации предназначены для сбора и преобразования информации без изменения ее содержания о контролируемых и управляемых параметрах технологических процессов. Входом устройств являются естественные или унифицированные сигналы, выходом – соответствующие значения унифицированных сигналов.

К устройствам для получения информации о состоянии процесса относят чувствительные элементы или собственно датчики, измерительные преобразователи и нормирующие преобразователи. К этой же группе устройств относятся релейные (позиционные) преобразователи.

Датчики физических величин воспринимают контролируемый параметр и преобразуют его в величину, удобную для передачи по каналам связи или дальнейшего преобразования. Стоимость датчиков в АСУ ТП составляет 40 % стоимости всего оборудования, что свидетельствует о большом удельном весе этой группы устройств комплекса технических средств.

Измерительный преобразователь является средством измерения, служащим для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не предназначенной для непосредственного восприятия наблюдателем

Современное развитие технологий позволило встроить микропроцессор в приборы самого нижнего уровня автоматизации - датчики и исполнительные механизмы, превратив их в интеллектуальные. Традиционные приборы с аналоговым выходным сигналом уже не отвечают новым требованиям, предъявляемым к системам автоматизации, учета и контроля технологических процессов.

Интеллектуальный датчик содержит в своем составе, как правило, не только микропроцессор, но и устройство двунаправленной цифровой коммуникации. Двунаправленная коммуникация является важнейшим преимуществом приборов нового поколения. Теперь настройку и управление датчиком можно осуществлять из одного места, например из диспетчерского пункта.

Протокол HART – широко известный промышленный стандарт для усовершенствования токовой петли 4-20 мА до возможности цифровой коммуникации. Использование этой технологии быстро растет, так как все крупнейшие производители средств автоматизации применяют в своих приборах HART. Протокол позволяет передавать одновременно аналоговый и цифровой сигнал по одной и той же паре проводов. При этом сохраняется полная совместимость и надежность существующих аналоговых линий 4-20 мА.

Основные характеристики устройств для получения информации

Основными характеристиками устройств являются: входная величина, воспринимаемая и преобразуемая датчиком; выходная величина, используемая для передачи информации; статическая характеристика датчика; динамическая характеристика датчика; порог чувствительности; основная и дополнительная погрешности.

Все входные величины датчиков подразделяются на два класса:

1. величины, характеризующие протекание процессов (ток, напряжение, перемещение, расход, сопротивление, упругость, масса и т.п.);

2. величины, характеризующие свойства и состав веществ (конц-я, темп-ра, влажность и т.п.).

В настоящее время наиболее употребительными выходными сигналами являются: напряжение постоянного тока низкого уровня, изменяющееся от 0 до 20-100 мВ либо от 0 до 5-100 мА, получаемое от термопар, тензометров и т.п.; напряжение переменного тока до 0,5-1 В с частотой до 100-2500 Гц, получаемое от индуктивных и трансформаторных датчиков; давление воздуха 20-100 кПа; импульсы постоянного и переменного тока, модулированные по амплитуде, ширине, фазе или частоте.

Наиболее приемлемой статической характеристикой для большинства датчиков является линейная характеристика. Для линеаризации датчиков, статическая характеристика которых может быть представлена аналитическими (гладкими) нелинейностями, используются усилители-линеаризаторы.

Динамическая характеристика датчика определяет поведение датчика при изменениях входной величины и определяется внутренней структурой датчика и его элементов. Динамические свойства датчиков задаются передаточными функциями, дифференциальными уравнениями, переходными, амплитудно-фазовыми, амплитудно-частотными, фазовыми и другими характеристиками.

Порог чувствительности датчика – минимальное изменение входной величины, вызывающее изменение выходного сигнала.

Основная погрешность датчика – максимальная разность между получаемой в нормальных эксплуатационных условиях величиной выходного сигнала и его номинальным значением, определяемым по статической характеристике для данной входной величины.

Для наиболее распространенных типов датчиков статические характеристики стандартизируются с указанием допустимых отклонений статических характеристик от номинальных значений.