Цифровые измерительные приборы

5.3.1 Микропроцессорные программируемые измерители–регуляторы серии ТРМ

Микропроцессорные измерители–регуляторы серии ТРМ – это современные цифровые приборы, предназначенные для контроля и автоматического регулирования температуры и других технологических параметров как автономно, так и на нижнем уровне АСУ ТП. В качестве датчиков используют термоэлектрические преобразователи, термопреобразователи сопротивления, датчики с унифицированным выходным сигналом тока или напряжения.

На рисунке 5.5 изображена упрощенная схема, разъясняющая принципы, положенные в основу функционирования приборов на примере измерения температуры в комплекте с термоэлектрическим преобразователем.

Рисунок 5.5 Структурная схема прибора ТРМ

 

Центральным узлом прибора является микропроцессорное вычислительное устройство МПВУ. Оно обеспечивает управление всеми составными частями схемы: выработку сигналов управления аналоговой частью измерителя, обработку результатов измерения и выдачу их на индикатор ИНД, ввод задания на регулирование с помощью набора кнопок (устройство ручного ввода УРВ) и управление исполнительным ключевым устройством ИСП.

В терморегуляторах ТРМ МПВУ реализовано на основе однокристальной микро-ЭВМ фирмы Intel.

Программа, обеспечивающая функционирование данного микропроцессора, записывается во внутреннее ПЗУ микросхемы. Питание всех узлов обеспечивается источником питания ИП. Кроме того, для обеспечения работоспособности прибора без вмешательства оператора в случае периодического отключения электропитания, предусмотрено наличие энергонезависимого электрически-перепрограммируемого запоминающего устройства ЭП. Оно предназначено для хранения заданных значений температуры объекта регулирования Т_уст, величины ее допустимого отклонения Δ Т и некоторой служебной информации, необходимой для перезапуска процессора.

Микропроцессор сравнивает получаемые в результате измерения значения текущей температуры объекта с хранящимся в памяти заданием и на основании результатов сравнения управляет работой исполнительных ключевых устройств.

Для осуществления процесса измерения температуры микропроцессор выдает на адресные входы А1-А2 мультиплексора MS последовательность адресов от 1 до 4, чем обеспечивается последовательная коммутация информационных входов 1…4 мультиплексора с подключенным к его выходу усилителем УС. С выхода усилителя сигнал поступает на вход преобразователя напряжения в частоту ПНЧ. Преобразователь служит для преобразования аналоговых выходных сигналов усилителя (напряжений) в цифровую форму, необходимую для обработки в микропроцессоре. В приборе ТРМ ПНЧ выполнен на отдельной микросхеме. На выходе преобразователя возникает последовательность частот, каждая из которых прямо пропорциональна напряжению источника сигнала, выбираемого переключением каналов мультиплексора.

При подаче на адресные входы мультиплексора адреса «1» вход усилителя оказывается соединен с подключенным на вход 1 мультиплексора общим проводом. При этом на выходе усилителя вырабатывается некоторое напряжение, характеризующее реальные погрешности схемы измерителя. Источниками таких погрешностей могут служить токи утечки ключей мультиплексора, входные токи и напряжения смещения усилителя, пульсации напряжений питания, временные и температурные дрейфы параметров компонентов и т.д. Этот сигнал поступает на вход преобразователя напряжения в частоту ПНЧ. При этом на выходе ПНЧ будет выработана частота F_погр, в значении которой будут учтены все вышеперечисленные факторы. В дальнейшем это позволит при вычислении значения температуры скомпенсировать влияние этих факторов.

При подаче на адресные входы мультиплексора адреса «2» на вход усилителя будет подано напряжение с источника образцового напряжения ИОН. На выходе ПНЧ при этом появятся импульсы с частотой F_о6р.

При подаче адреса «3» ко входу усилителя оказывается подключено напряжение, поступающее с термопары ТП. Этот сигнал на выходе ПНЧ будет преобразован в импульсный с частотой F_изм.

И, наконец, при подаче адреса «4» ко входу усилителя будет подключено напряжение с датчика температуры холодного спая ДТХС.

Датчиком температуры холодного спая служит микросхема в миниатюрном металлостеклянном корпусе. Она находится при температуре максимально близкой с температурой холодного спая термопары. На выходе микросхемы возникает напряжение прямо пропорциональное абсолютной температуре ее корпуса.

Напряжения с датчика ДТХС приводит к появлению на выходе ПНЧ импульсов с частотой F_комп.

Микропроцессор постоянно производит циклическую смену адресов мультиплексора. В результате с выхода ПНЧ на специальный счетный вход микропроцессора поступают периодически повторяющиеся импульсные последовательности с частотами F_погр, F_о6р, F_изм и F_комп. После каждой смены адреса микропроцессор отсчитывает некоторый защитный интервал времени, необходимый для завершения переходного процесса в преобразователе, а затем переходит к измерению поступающей частоты. Измерение частоты происходит путем подсчета количества импульсов на калиброванном интервале времени. Длительность этого интервала стабилизирована кварцевым резонатором тактового генератора микропроцессора и равна приблизительно 1 секунде.

В результате измерения частот, поступающих на счетный вход, микропроцессор получает соответствующие численные значения (они соответствуют числу импульсов за образцовый интервал времени): N_погр, N_обр, N_изм и N_комп соответственно.

Далее микропроцессор производит вычисления значения измеряемой температуры Т_изм

 

.

(5.14)

 

Во внутреннем ПЗУ микропроцессора записана таблица поправок, которая позволяет производить коррекцию результатов расчета с целью компенсации нелинейности характеристики термопары. Это позволяет обойтись без достаточно громоздких и сложных в настройке аналоговых схем компенсации нелинейности термопары.

 

5.3.2 Микропроцессорный измеритель-регулятор ТРМ-5

Одним из приборов серии ТРМ является прибор ТРМ5, предназначенный для измерения и автоматического трехпозиционного регулирования технологического параметра, контролируемого термоэлектрическим преобразователем, термопреобразователем сопротивления либо датчиком с унифицированным выходным сигналом.

Прибор имеет два режима: «Работа» и «Программирование». В режиме «Работа» производится измерение и автоматическое регулирование технологического параметра (температуры). В режиме «Программирование» производится изменение параметров регулирования, а также изменение параметров режима работы прибора. Программируемыми параметрами режима работы являются:

1) тип используемого датчика;

2) логика работы устройств управления;

3) коррекция измерений, а также ряд параметров, связанных с особенностями использования унифицированных сигналов.

Изменение параметров рабочего режима можно выполнять только после введения специального кода (четырехзначного числа). В таблице 5.1 приведены технические данные ТРМ5. На рисунке 5.6 показана схема лицевой панели прибора.

Четырехразрядный цифровой индикатор 1 в режиме «Работа»отображает значение измеряемой величины, а в режиме

«Программирование» - значения программируемых параметров прибора. Кнопка 2 предназначена для входа в режим «Программирование», а также для записи в энергонезависимую память прибора установленных значений программируемых параметров.

 

 

6 66 6

 

 

5 2 2

 

4 3 3

 

Рисунок 5.6 Лицевая панель ТРМ5.

 

Кнопка 3 предназначена для просмотра заданного значения регулируемой величины в режиме «Работа», а в режиме «Программирование» - для изменения задаваемого значения программируемого параметра. Кнопка 4 предназначена для сдвига разряда, в который вносится изменение при режиме «Программирование». Светодиоды 5 засвечиваются в режиме «Программирование» и сигнализируют о том, какой параметр выбран для установки (Т1, Т2 – заданные нижние и верхние значения регулируемой величины, ∆ 1 и ∆ 2 – гистерезис позиционного регулятора). Светодиоды 6 сигнализируют о включении выходных устройств. Светодиоды 7 используются при программировании некоторых режимных параметров работы прибора.

 

Таблица 5.1 – Технические данные ТРМ5

Наименование параметра	Значение
1. Напряжение питания	+220В, 50Гц (-15...+10%)
2. Потребляемая мощность, не более	6 ВА
3. Диапазон измерения и разрешающая способность (в скобках) при использовании на входе
- датчиков ТСМ (коды: 00, 01, 09, 14)	-50...+200°С; (0, 1°С)
- датчиков ТСП (коды: 02, 03, 07, 08)	-80...+750°С; (0, 1°С)
- датчика ТХК (код 04)	-50...+750°С; (0, 1°С)
- датчиков ТПП (коды: 17, 18)	0...+1600°С; (0, 1°С)
- датчика ТХА (код 05)	-50...+1200°С; (0, 1°С)
- датчика ТНН (код 19)	-50...+1300°С; (0, 1°С)
- датчика ТЖК (код 20)	-50...+900°С; (0, 1°С)
- датчиков тока (коды: 10, 11, 12)	0...100%; (0, 1%)
- датчика напряжения (код 13)	0...100%; (0, 1%)

 

Продолжение таблицы 5.1

Наименование параметра	Значение
4. Предел допустимой основной приведенной погрешности измерения (без учета погрешности датчика)	0, 5%
5. Количество каналов управления
6. Количество разрядов индикации
7. Время измерения, не более	4с
8. Длина лини связи с устройством управления и регистрирующим устройством, не более	100м
9. Длина линии связи с адаптером сети АС2, не более	1000м
10. Допустимая температура окружающей среды	+5...+50°С
11. Атмосферное давление	86...107кПа
12. Относительная влажность (при 35°С)	30...80%
13. Габаритные размеры	96× 96× 160мм
14. Масса, не более	1, 2кг