Система измерения давления в нефтепроводе
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ла.
Рис.3. Токовая петля
Важно понимать, что в интерфейсе "токовая петля" рис.3. непосредственное соединение с "глобальной землёй" имеет только приёмник сигнала. Схема преобразователя является "плавающей": потенциалы её узлов относительно "глобальной земли" изменяются при вариациях величин выходного тока Iвых преобразователя, сопротивления r двухпроводной линии связи и напряжения Eпит источника питания. Зависимость узловых напряжений преобразователя от текущих величин Iвых, r и Eпит затрудняет анализ схемы преобразователя. Анализ упрощается, если измерять узловые напряжения относительно некоторого (в общем случае любого) узла схемы преобразователя, который можно условно считать "локальной землёй". В приводимых функциональных и принципиальных схемах преобразователя для обозначения "локальной земли" используется общепринятый графический символ общего проводника схемы "_|_".
3.2 Функциональная схема системы
В приложение 1 изображена функциональная электрическая схема системы измерения давления в нефтепроводе. Схема состоит из следующих блоков: датчика давления, включающего в себя мембрану с двумя резонаторами, несколько преобразователей (в том числе преобразователь тока) и остальную электронику; блока токовых входов и регулятора, обеспечивающий выполнение функций ввода-вывода и измерения электрических величин; и устройства "ПК", в качестве которого может служить электронный самописец К - 2000.
В качестве связи между датчиком и ТВР используется промышленный стандарт линии связи с унифицированным сигналом 4 - 20 мА, а между ТВР и "ПК" используется стандарт RS - 485 или может также использоваться стандарт RS - 232. Так для соединения ТВР с персональным компьютером может осуществляться по стандарту RS - 485 только в составе комплектов ввода вывода или по стандарту RS - 232 в составе контроллеров К - 2000.
RS - 485 (RS - 485 - англ. Recommended Standard 485) - стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному каналу связи.
В стандарте RS - 485 для передачи и приёма данных часто используется единственная витая пара проводов. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности - ноль.
RS - 232 (англ. Recommended Standard 232) - в телекоммуникациях, стандарт последовательной синхронной и асинхронной передачи двоичных данных между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE).
3.3 Функциональная схема интерфейса "токовая петля"
В приложение 2 представлена функциональная электрическая схема преобразователя тока.
Блок А1 - является датчиком, который вырабатывает, на входное давление, частоту, а далее напряжение от 0 до 20 мВ, поступающее на вход интерфейса "токовая петля".
Преобразователь тока или интерфейс "токовая петля" состоит из следующих функциональных блоков:
А2 - усилитель напряжения, который усиливает напряжение поступающее от датчика;
А3 - прецизионный выпрямитель, осуществляющий выпрямление положительных и отрицательных полуволн входного гармонического сигнала с усилителя;
А4 - низкочастотный выпрямитель, ослабляющий переменные составляющие;
А5 - интегральный источник опорного напряжения (ИИОН), использующийся для формирования напряжения +2.5 В, которое является искусственной средней точкой однополярного питающего напряжения +5 В;
Интегральная микросхема (ИМС), которая осуществляет преобразования тока напряжения.
Стабилизация напряжения питания указанных функциональных блоков осуществляется стабилитронами, входящим в состав ИИОН: DA2 и DA3 изображенные на принципиальной схеме в приложение 3. Стабилитрон DA3 используется для формирования напряжения +2,5 В, которое является искусственной средней точкой однополярного питающего напряжения +5 В. Из технической документации на ИМС типа XTR101AP следует, что синфазное напряжение на входах ДУс, которое отсчитывается относительно вывода 7, должно находиться в диапазоне 4…6 В. Синфазное напряжение VСН равно сумме падений напряжений на стабилитроне DA3 и резисторе Rвых.
.(3.1)
Для задания номинального синфазного напряжения VСН = 5 В необходимо использовать резистор Rвых = 1,25 кОм.
Ток покоя дифференциального усилителя (ДУс) I3, управляемый выходным напряжением ДУс, зависит от разности ДVвхду напряжений на входах ДУс и от сопротивления резистора Rпод (в качестве резистора Rпод используются резисторы R15 и R16 изображенные в приложение 3), подключенные к выводам 5 и 6 микросхемы:
.(3.2.)
Разность напряжений входа ДУсДVвхду рассчитывается из разности напряжений на входе 4 и 3:
,(3.3)
при V4 = V3: ДVвхду = 0, I3 = 0.
Выходной ток микросхемы Iвых равен сумме токов источников I1, I2, I3 и тока Iптду потребления ДУс:
,(3.4)
При I1 = 1 мА, I2 = 1 мА, Iптду= 2 мА:
.(3.5)
Токи источников I1 и I2, в сумме 2 мА, используются для питания схем предварительной обработки выходного сигнала датчика тока А1: усилителя А2, выпрямителя А3, фильтра А4 для подавления пульсаций выпрямленного напряжения и интегрального источника опорного напряжения (ИИОН) А5.
3.4 Электрические принципиальные схемы функциональных блоков интерфейса "токовая петля"
3.4.1 Усилитель
На рис.6.