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          资讯动态

          各类热控仪表工作原理、选型、简介

          文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2020-4-14     浏览次数:    
          各类热控仪表热电偶,热电阻,压力表,温度变送器,压力变送器,隔离器,温度变送器模块 工作原理、选型、简介


          热电偶、热电阻的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶,N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。常用热电偶材料:热电偶分度号热电极材料(正极负极)S铂铑10纯铂R铂铑13纯铂B铂铑30铂铑6K镍铬镍硅T纯铜铜镍J铁铜镍N镍铬硅镍硅E镍铬铜镍常用热电偶有:镍铬-康铜热电偶分度号E0--800【1000】度镍铬-镍硅热电偶分度号K0-1000【1300】度铂铑10-铂热电偶分度号S0-1300【1600】度铂铑30-铂铑6热电偶分度号B0-1600【1800】度铂铑13-铂热电偶分度号R0-1400【1600】度注:括弧内数字为短时最高使用温度。提示:K分度热电偶最佳测温范围在1000度以下,超过1000度后,会发生铬择优氧化,热电势会内缓慢发生变化【降低】,这种变化很难发现,容易给控温造成严重后果。校对K分度热电偶主要使用下列设备:1300度的管式电阻炉、二等标准铂铑10-铂热电偶、电子电位差计、标准水银温度计【室温】。说明:S分度号的特点是抗e79fa5e98193e4b893e5b19e31333433623736氧化性能强,宜在氧化性、惰性气氛中连续使用,长期使用温度1400℃,短期1600℃。在所有热电偶中,S分度号的精确度等级最高,通常用作标准热电偶;R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右,其它性能几乎完全相同;B分度号在室温下热电动势极小,故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃,短期1800℃。可在氧化性或中性气氛中使

          W—温度仪表
          R—热电偶
          N—镍铬-镍硅: 分度号:K
          K—铠装热电偶
          2—双支
          3—活动卡套螺纹
          2—防溅型接线盒
          1—绝缘式
          ?5保护管直径5mm
          1500总长1500mm
          M16*1.5,螺纹直径16mm,牙距1.5mm

          压力表(英文名称:pressure gauge)是指以弹性元件为敏感元件,测量并指示高于环境压力的仪表,应用极为普遍,它几乎遍及所有的工业流程和科研领域。在热力管网、油气传输、供水供气系统、车辆维修保养厂店等领域随处可见。尤其在工业过程控制与技术测量过程中,由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性,使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。

          工作原理

          压力表通过表内的敏感元件(波登管、膜盒、波纹管)的弹性形变,再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针,引起指针转动来显示压力。

          压力表种类很多,它不仅有一般(普通)指针指示型,还有数字型;不仅有常规型,还有特种型;不仅有接点型,还有远传型;不仅有耐振型,还有抗震型;不仅有隔膜型,还有耐腐型等。压力表系列完整。它不仅有常规系列,还有数字系列;不仅有普通介质应用系列,还有特殊介质应用系列;不仅有开关信号系列,还有远传信号系列等等,它们都源于实践需求,先后构成了完整的系列。压力表的规格型号齐全,结构型式完善。从公称直径看,有Φ40mm、Φ50mm、Φ60mm、Φ75mm、Φ100mm、Φ150mm、Φ200mm、Φ250mm等。从安装结构型式看,有直接安装式、嵌装式和凸装式,其中嵌装式又分为径向嵌装式和轴向嵌装式,凸装式也有径向凸装式和轴向凸装式之分。直接安装式,又分为径向直接安装式和轴向直接安装式。其中径向直接安装式是基本的安装型式,一般在未指明安装结构型式时,均指径向直接安装式。轴向直接安装式考虑其自身支撑的稳定性,一般只在公称直径小于150mm的压力表上才选用。所谓嵌装式和凸装式压力表,就是我们常说的带边(安装环)压力表。轴向嵌装式既轴向前带边、径向嵌装式是指径向前带边、径向凸装式(也叫墙装式)是指径向后带边压力表。从量域和量程区段看,在正压量域分为微压量程区段、低压量程区段、中压量程区段、高压量程区段、超高压量程区段,每个量程区段内又细分出若干种测量范围(仪表量程);在负压量域(真空)又有3种负压(真空表);正压与负压联程的压力表是一种跨量域的压力表。其规范名称为压力真空表,也有称之为真空压力表。它不但可以测量正压压力,也可测量负压压力。压力表的精度等级分类十分明晰。常见精度等级有4级、2.5级、1.6级、1级、0.4级、0.25级、0.16级、0.1级等。精度等级一般应在其度盘上进行标识,其标识也有相应规定,如“①”表示其精度等级是1级。对于一些精度等级很低的压力表,如4级下的,还有一些并不需要测量其准确的压力值,只需要指示出压力范围的,如灭火器上的压力表,则可以不标识精度等级

          压力表按其测量精确度:可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测量精确度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级0.05级;一般压力表的测量精确度等级分别为1.0、1.6、2.5、4. 0级。

          压力表按其测量基准:压力表按其指示压力的基准不同,

           

          分为一般压力表、绝对压力表不锈钢压力表、差压表。一般压力表以大气压力为基准;绝压表以绝对压力零位为基准;差压表测量两个被测压力之差。

          压力表按其测量范围:分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表及高压表。真空表用于测量小于大气压力的压力值;压力真空表用于测量小于和大于大气压力的压力值;微压表用于测量小于60000 Pa的压力值;低压表用于测量0~6MPa压力值;中压表用于测量10~60MPa压力值;

          压力表按其显示方式:分为指针压力表,数字压力表。

          压力表按其使用功能分:压力表按其使用功能不同可分为就地指示型压力表和带电信号控制型压力表。

          一般压力表、真空压力表、耐震压力表、不锈钢压力表等都属于就地指示型压力表,除指示压力外无其他控制功能。

          带电信号控制型压力表输出信号主要有:

          1、开关信号(如电接点压力表)

          2、电阻信号(如电阻远传压力表)

          3、电流信号(如电感压力变送器,远传压力表,压力变送器等)

          压力表按测量介质特性不同可分为:

          1、一般型压力表:一般型压力表用于测量无爆炸、不结晶、不凝固对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力;

          2、耐腐蚀型压力表:耐腐蚀型压力表用于测量腐蚀性介质的压力,常用的有不锈钢型压力表、隔膜型压力表等;

          3、防爆型压力表:防爆型压力表用在环境有爆炸性混合物的危险场所,如防爆电接点压力表,防爆变送器等。

          4、专用型压力表。

          按照压力表的用途分:可分为普通压力表、氨压力表、氧气压力表、电接点压力表、远传压力表、耐振压力表、带检验指针压力表、双针双管或双针单管压力表、数显压力表、数字精密压力表等

          压力变送器

          压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备。 [1] 

          它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号(如4~20mADC等),以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

          压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应

          压力变送器(图1)

          用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

          压力变送器有电动式和气动式两大类。电动式的统一输出信号为0~10mA、4~20mA或1~5V等直流电信号。气动式的统一输出信号为20~100Pa的气体压力。

          压力变送器按不同的转换原理可分为力(力矩)平衡式、电容式、电感式、应变式和频率式等,下面简单介绍几种压力(差压)变送器的原理、结构、使用、检修和校验等知识。 [2] 

          压力变送器的主要作用把压力信号传到电子设备,进而在计算机显示压力其原理大致是:将水压这种压力的力学信号转变成电流(4-20mA)这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系,一般是正比关系。所以,变送器输出的电压或电流随压力增大而增大由此得出一个压力和电压或电流的关系式压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室,低压室压力采用大气压或真空,作用在δ元(即敏感元件)的两侧隔离膜片上,通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。

          压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,故两侧电容量就不等,通过振荡解调环节

          工作原理:压力变送器感受压力的电器元件一般为电阻应变片,电阻应变片是一种将被测件上的压力转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的黏合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化

          1、压力变送器具有工作可靠、性能稳定等特点;

          2、专用V/I集成电路,外围器件少,可靠性高,维护简单、轻松,体积小、重量轻,安装调试极为方便;

          3、铝合金压铸外壳,三端隔离,静电喷塑保护层,坚固耐用;

          4、4-20mA DC二线制信号传送,抗干扰能力强,传输距离远;

          5、LED、LCD、指针三种指示表头,现场读数十分方便。可用于测量粘稠、结晶和腐蚀性介质;

          6、高准确度,高稳定性。除进口原装传感器已用激光修正外,对整机在使用温度范围内的综合性温度漂移、非线性进行精细补偿。

          当今世界各国压力变送器的研究领域十分广泛,几乎渗透到了各个行业,但归纳起来主要有以下几个趋势:

          1、智能化:由于集成化的出现,在集成电路中可添加一些微处理器,使得变送器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。

          2、集成化:压力变送器已经越来越多的与其它测量用变送器集成以形成测量和控制系统。集成系统在过程控制和工厂自动化中可提高操作速度和效率。

          3、小型化:市场对小型压力变送器的需求越来越大,这种小型变送器可以工作在极端恶劣的环境下,并且只需要很少的保养和维护,对周围的环境影响也很小,可以放置在人体的各个重要器官中收集资料,不影响人的正常生活。

          4、标准化:变送器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。

          5、广泛化:压力变送器的另一个发展趋势是正从机械行业向其它领域扩展,例如:汽车元件、医疗仪器和能源环境控制系统。

          温度变送器

          隔离型温度变送器:

          * 执行标准:IEC688:1992,QB

          A40温度变送器

          * 输入范围:-60℃~175
            * 精度等级:≤0.5%.F.S
            * 整机功耗:≤0.5VA
            * 绝缘电阻:≥20MΩ(DC500V)
            * 响应时间:≤350mS
            * 工作环境:-10℃~50,20%~90%无凝露
            * 贮存环境:-40℃~70,20%~95%无凝露

          * 将被测环境温度隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流;
            * 低功耗、可靠性高;
            * 优良的抗干扰能力;
            * 拔插端子接口、标准导轨(35mm)安装;
            * 体积小、外型尺寸(mm):95(L)×37(W)×32(H);

          温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。

          带传感器的变送器通常由两部分组成:传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶热电阻;信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成(由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的,因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器),有些变送器增加了显示单元,有些还具有现场总线功能。如右图:

          温度变送器原理图

          变送器如果由两个用来测量温差的传感器组成,输出信号与温差之间有一给定的连续函数关系。故称为温度变送器。

          变送器输出信号与温度变量之间有一给定的连续函数关系(通常为线性函数),早期生产的变送器其输出信号与温度传感器的电阻值(或电压值)之间呈线性函数关系。

          标准化输出信号主要为0mA~10mA和4mA~20mA(或1V~5V)的直流电信号。不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。温度变送器按供电接线方式可分为两线制和四线制,除RWB型温度变送器为三线制外。

          变送器有电动单元组合仪表系列的和小型化模块式的,多功能智能型的。前者均不带传感器,后两类变送器可以方便的与热电偶或热电阻组成带传感器的变送器。

          应用领域

          石油、化工、化纤;纺织、橡胶、建材;电力、冶金、医药;食品等工业领域现场测温过程控制;特别适用于计算机测控系统,也可与仪表配套使用.

          类型

          温度范围(

          最小量程(

          绝对误差

          基本误差

          K

          0~1300

          120

          ±1℃

          ±0.2%

          E

          0~1000

          80

          ±1℃

          ±0.2%

          S

          0~1600

          580

          ±3℃

          ±0.2%

          B

          400~1800

          1000

          ±3℃

          ±0.2%

          R

          0~1600

          850

          ±3℃

          ±0.2%

          T

          -200~400

          120

          ±1℃

          ±0.2%

          N

          0~1200

          180

          ±3℃

          ±0.2%

          W

          0~2300

          340

          ±3℃

          ±0.2%

          J

          0~1200

          100

          ±3℃

          ±0.2%

          温度变送器技术参数


          1、热电偶温度变送器技术指标

          ※输入

          输入类型:K、E、S、B、T、J等型热电偶

          温度量程范围:(如下图)

          输入阻抗:≥20KΩ

          冷端温度补偿:-15~+75

          ※输出

          输出电流:4~20mA

          输出回路供电:12~30VDC

          最小工作电压:12VDC

          负载电阻与供电电源的关系:

          ※综合参数

          标准精度:±0.2%

          温度漂移:基本误差/10

          热电阻引线补偿:±0.1%(0~10Ω)

          负载变化影响:±0.1%(允许负载范围内)

          电源变化影响:±0.1%(12~30V)

          开机响应时间:<1S(0~90%)

          工作环境温度:-20~+70

          防护等级:IP00/IP54(传感器防护等级决定)

          电磁兼容:符合IEC61000,EN61000

          2、热电阻温度变送器技术指标

          ※输入

          温度量程范围:Pt100:-200~850℃ Cu50:-50~150℃

          最小温度量程:50℃

          引线电阻:≤10Ω

          ※输出

          输出电流:4~20mA

          输出回路供电:12~30VDC

          最小工作电压:12VDC

          负载电阻与供电电源的关系:

          负载电阻(包括引线电阻)=供电电源(V)-12(V)/0.02A

          ※综合参数

          标准精度:±0.2%(参见选型表)注:需要高精度可订制

          温度漂移:基本误差/10

          热电阻引线补偿:±0.1%(0~10Ω)

          负载变化影响:±0.1%(允许负载范围内)

          电源变化影响:±0.1%(12~30V)

          开机响应时间:<1S(0~90%)

          工作环境温度:-20~+70

          防护等级:IP00/IP54(传感器防护等级决定)

          电磁兼容:符合IEC61000,EN61000

          外型图

          模块式温度变送器外形结构图

          导轨式温度变送器外形结构图

          温度变送器优势分析

          温度变送器模拟型

          ● 精度高

          ● 量程、零点外部连续可调

          ● 稳定性能好

          ● 正迁移可达500%、负迁移可达600%

          ● 二线制、三线制、四线制

          ● 阻尼可调、耐过压

          ● 固体传感器设计

          ● 无机械可动部件、维修量少

          ● 重量轻(2.4kg)

          ● 全系列统一结构、互换性强

          ● 小型化(166mm总高)

          ● 接触介质的膜片材料可选

          ● 单边抗过压强

          ● 低压浇铸铝合金壳体


          温度变送器智能型

          ●超级的测量性能,用于压力、差压、液位、流量测量

          ●数字精度:+(-)0.05%

          ●模拟精度:+(-)0.75%+(-)0.1%F.S

          ●全性能:+(-)0.25F.S

          ●稳定性:0.25% 60个月

          ●量程比:100:1

          ●测量速率:0.2S

          ●小型化(2.4kg)全不锈钢法兰,易于安装(见图右)

          ●过程连接与其它产品兼容,实现最佳测量

          ●采用H合金护套的传感器(专利技术),实现了优良的冷、热稳定性

          ●采用16位计算机的智能变送器

          ●标准4-20mA,带有基于HART协议的数字信号,远程操控

          ●支持向现场总线与基于现场控制的技术的升级。


          隔离器是一种采用线性光耦隔离原理,将输入信号进行转换输出。输入,输出和工作电源三者相互隔离,特别适合与需要电隔离的设备仪表配用。隔离器又名信号隔离器,是工业控制系统中重要组成部分。

          系统产生干扰的原因

          在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号,又有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差,因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此,要保证系统稳定和可靠的运行,“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。 [1]  

          解决“接地环路”的方法

          根据理论和实践分析,有三种解决方案:

          第一种方案:所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单,但在实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人身安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

          第二种方案:使两接地点的电势相同,但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响,这种方案其实在实际中无法完全做到。

          第三种方案:在各个过程环路中使用信号隔离方法,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决接地环路问题。YHWSH-DCS001P 

          隔离器抗干扰

          编辑

          1、供电系统的抗干扰设计 对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰,产生尖峰干扰的用电设备有:电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。

          干扰控制器

          (1)用硬件线路抑制尖峰干扰的影响。常用办法主要有三种:①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器,将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上,从而减弱其破坏性;②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器,利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲;③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻,利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压,从而削弱干扰的影响。

          (2)利用软件方法抑制尖峰干扰。对于周期性干扰,可以采用编程进行时间滤波,也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样,从而有效地消除干扰。

          (3)采用硬、软件结合的看门狗(watchdog)技术抑制尖峰脉冲的影响。软件:在定时器定时到之前,CPU访问一次定时器,让定时器重新开始计时,正常程序运行,该定时器不会产生溢出脉冲,watchdog也就不会起作用。一旦尖峰干扰出现了“飞程序”,则CPU就不会在定时到之前访问定时器,因而定时信号就会出现,从而引起系统复位中断,保证智能仪器回到正常程序上来。

          (4)实行电源分组供电,例如:将执行电机的驱动电源与控制电源分开,以防止设备间的干扰。

          (5)采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有效地抑制。

          (6)采用隔离变压器。考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初、次级线圈的互感耦合,而是靠初、次级寄生电容耦合的,因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离,减少其分布电容,以提高抵抗共模干扰能力。

          (7)采用高抗干扰性能的电源,如利用频谱均衡法设计的高抗干扰电源。这种电源抵抗随机干扰非常有效,它能把高尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值(电压峰值小于TTL电平)的电压,但干扰脉冲的能量不变,从而可以提高传感器、仪器仪表的抗干扰能力。 [1] 

          隔离器低功耗

          编辑

          产品的功耗是各个功能单元功耗的总和,只有降低各个功能单元的功耗才能使得总得功耗降低,增加产品的热稳定性和寿命。隔离器主要在输入、输出、电源、隔离四个单元进行技术改进。

          1、 输出单元模块的自适应负载技术

          输出模块可以根据负载的大小动态调整输出模块的输出功率,从而减少自身的发热。传统的负载设计是根据额定负载的大小设计输出功率,当输出负载非常小时,多余的负载功率就耗散在仪表内部,从而时仪表自身发热。假设一台隔离器的输出负载设计为750欧姆,那么输出驱动功率一般设计为0.5W。如果在实际应用中此隔离器的负载使用在50欧姆的环境下,那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率转换为仪表自身的发热。如果时多路输出将产生更多的热量,而降低输出模块的额定功率在实际应用中又难以应付市场的复杂状况。

          2、隔离单元模块的低功耗改进

          隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。

          隔离技术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合,反馈调制耦合等多种形式,具体采用什么形式要根据产品的技术指标而定。总的来讲可以大致分为开关量信号采用光隔离,模拟量信号采用磁隔离的方式。从技术复杂程度来看,磁隔离比光隔离处理技术复杂,采用磁隔离技术,设计者可以根据技术指标采用合适的设计方案,隔离的线性、精度可以根据产品的要求灵活控制。而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标,设计人员可以调整的方式很少,也不可能超过厂家提供的技术指标。由于功耗大,光电隔离也不能实现无源隔离。磁隔离模式有电流互感模式、电流互感反馈模式、电压互感模式、电压互感反馈模式、电流互感功率补偿模式等,电流互感功率补偿模式是相对来说功耗最低的模式。

          3、电源模块

          电源的技术指标是基础,决定产品的性能。流行的电源拓扑形式虽然非常多,也很成熟。 [2] 

          隔离器优越性


          在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离的变送器(部分设备可以做到),也可以使用信号隔离器来实现。比较起来,用信号隔离器有以下优点:

          ● 绝大部分情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。

          ● 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越。

          ● 信号隔离器应用灵活,而且它还有型号转换和 信号分配功能,使用起来更加方便。

          ● 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式,通道间相互完全独立,构成系统的配置、日常维护更加方便。

          智能隔离器的说明:

          SKGL型智能隔离器是将输入单路或双路的电流或电压信号,变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号,并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。   

          隔离器供电方式


          隔离器常见的供电方式有独立供电、回路供电和输出回路供电。

          独立供电的隔离器:

          需要配备独立20~35VDC的直流电源。这种方式的优点是隔离传输精度高;电源、输入、输出之间完全隔离,多路系统供电电源不需隔离,可保证高抗干扰性能,输入信号可以变换为其它类型的型号。

          回路供电的隔离器:

          在实际工业监控系统中,DCS、PLC或其他显示仪表具有卡件内部供电的使用越来越广泛。回路供电型隔离器又往往不能满足这些卡件对信号隔离传输精度要求高和二线制变送器配电电压要求高的条件。因此,输出回路供电型的隔离器既保留了独立供电型隔离器的优越性能,又满足输出回路供电接口的要求

          系统产生干扰的原因

          在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号,又有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰,造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差,因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此,要保证系统稳定和可靠的运行,“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。 [1] 

          解决“接地环路”的方法

          根据理论和实践分析,有三种解决方案:

          第一种方案:所有现场设备不接地,使所有过程环路只有一个接地点,不能形成回路,这种方法看似简单,但在实际应用中往往很难实现,因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人身安全,某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

          第二种方案:使两接地点的电势相同,但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响,这种方案其实在实际中无法完全做到。

          第三种方案:在各个过程环路中使用信号隔离方法,断开过程环路,同时又不影响过程信号的正常传输,从而彻底解决接地环路问题。 [1] 

          隔离器抗干扰

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          1、供电系统的抗干扰设计 对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰,产生尖峰干扰的用电设备有:电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。

          干扰控制器

          (1)用硬件线路抑制尖峰干扰的影响。常用办法主要有三种:①在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器,将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上,从而减弱其破坏性;②在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器,利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲;③在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻,利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压,从而削弱干扰的影响。

          (2)利用软件方法抑制尖峰干扰。对于周期性干扰,可以采用编程进行时间滤波,也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样,从而有效地消除干扰。

          (3)采用硬、软件结合的看门狗(watchdog)技术抑制尖峰脉冲的影响。软件:在定时器定时到之前,CPU访问一次定时器,让定时器重新开始计时,正常程序运行,该定时器不会产生溢出脉冲,watchdog也就不会起作用。一旦尖峰干扰出现了“飞程序”,则CPU就不会在定时到之前访问定时器,因而定时信号就会出现,从而引起系统复位中断,保证智能仪器回到正常程序上来。

          (4)实行电源分组供电,例如:将执行电机的驱动电源与控制电源分开,以防止设备间的干扰。

          (5)采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有效地抑制。

          (6)采用隔离变压器。考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初、次级线圈的互感耦合,而是靠初、次级寄生电容耦合的,因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离,减少其分布电容,以提高抵抗共模干扰能力。

          (7)采用高抗干扰性能的电源,如利用频谱均衡法设计的高抗干扰电源。这种电源抵抗随机干扰非常有效,它能把高尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值(电压峰值小于TTL电平)的电压,但干扰脉冲的能量不变,从而可以提高传感器、仪器仪表的抗干扰能力。 [1] 

          隔离器低功耗

          编辑

          产品的功耗是各个功能单元功耗的总和,只有降低各个功能单元的功耗才能使得总得功耗降低,增加产品的热稳定性和寿命。隔离器主要在输入、输出、电源、隔离四个单元进行技术改进。

          1、 输出单元模块的自适应负载技术

          输出模块可以根据负载的大小动态调整输出模块的输出功率,从而减少自身的发热。传统的负载设计是根据额定负载的大小设计输出功率,当输出负载非常小时,多余的负载功率就耗散在仪表内部,从而时仪表自身发热。假设一台隔离器的输出负载设计为750欧姆,那么输出驱动功率一般设计为0.5W。如果在实际应用中此隔离器的负载使用在50欧姆的环境下,那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率转换为仪表自身的发热。如果时多路输出将产生更多的热量,而降低输出模块的额定功率在实际应用中又难以应付市场的复杂状况。

          2、隔离单元模块的低功耗改进

          隔离单元是决定产品技术指标的重要单元。

          隔离技术主要有磁隔离与光隔离两大类。隔离电路形式有直接调制耦合,反馈调制耦合等多种形式,具体采用什么形式要根据产品的技术指标而定。总的来讲可以大致分为开关量信号采用光隔离,模拟量信号采用磁隔离的方式。从技术复杂程度来看,磁隔离比光隔离处理技术复杂,采用磁隔离技术,设计者可以根据技术指标采用合适的设计方案,隔离的线性、精度可以根据产品的要求灵活控制。而光隔离的线性、精度只能依赖器件厂家提供的技术指标,设计人员可以调整的方式很少,也不可能超过厂家提供的技术指标。由于功耗大,光电隔离也不能实现无源隔离。磁隔离模式有电流互感模式、电流互感反馈模式、电压互感模式、电压互感反馈模式、电流互感功率补偿模式等,电流互感功率补偿模式是相对来说功耗最低的模式。

          3、电源模块

          电源的技术指标是基础,决定产品的性能。流行的电源拓扑形式虽然非常多,也很成熟。 [2] 

          隔离器优越性

          信号隔离器 YHWSH-DCS001P

          在各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带隔离的变送器(部分设备可以做到),也可以使用信号隔离器来实现。比较起来,用信号隔离器有以下优点:

          ● 绝大部分情况,采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜。

          ● 信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越。

          ● 信号隔离器应用灵活,而且它还有型号转换和 信号分配功能,使用起来更加方便。

          ● 信号隔离器通常有单通道、双通道、一入二出等通道形式,通道间相互完全独立,构成系统的配置、日常维护更加方便。

          智能隔离器的说明:

          SKGL型智能隔离器是将输入单路或双路的电流或电压信号,变送输出隔离的单路或双路线性的电流或电压信号,并提高输入、输出、电源之间的电气隔离性能。 [2] 

          隔离器供电方式

          信号隔离器 YHWSH-DCS001P

          隔离器常见的供电方式有独立供电、回路供电和输出回路供电。

          独立供电的隔离器:

          需要配备独立20~35VDC的直流电源。这种方式的优点是隔离传输精度高;电源、输入、输出之间完全隔离,多路系统供电电源不需隔离,可保证高抗干扰性能,输入信号可以变换为其它类型的型号。

          回路供电的隔离器:

          在实际工业监控系统中,DCS、PLC或其他显示仪表具有卡件内部供电的使用越来越广泛。回路供电型隔离器又往往不能满足这些卡件对信号隔离传输精度要求高和二线制变送器配电电压要求高的条件。因此,输出回路供电型的隔离器既保留了独立供电型隔离器的优越性能,又满足输出回路供电接口的要求


          桥架


          电缆桥架分为槽式电缆桥架托盘式电缆桥架梯级式电缆桥架网格桥架等结构,由支架、托臂和安装附件等组成。可以独立架设, 也可以敷设在各种建(构)筑物和管廊支架上,体现结构简单、造型美观、配置灵活和维修方便等特点,全部零件均需进行镀锌处理,安装在建筑物外露天的桥架,如果是在邻近海边或属于腐蚀区,则材质必须具有防腐、耐潮气、附着力好, 耐冲击强度高的物性特点。

          胀缩问题

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          由于环境温度变化,钢质电缆桥架会出现热胀冷缩的现象。室外桥架受温度影响较大例如环境最高温度为40℃,最低温度为-20℃,则电缆桥架的最大收缩量按下式求得:

          Δt=11.2 ×10-6×60deg(度)×1000mm

          由此得出结论:

          温差为60℃时 ,Δι =0.672mm/m

          温差为50℃时, Δι =0.560mm/m

          温差为40℃时, Δι =0.448mm/m

          工程设计中直线段电缆桥架应考虑伸缩接头,伸缩接头的间距建议按以下取定:

          当温差为40℃时为50m;

          当温差为50℃时为40m;

          桥架接地

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          根据规范的有关规定,镀锌电缆桥架进行良好的接地。

          (1)镀锌电缆桥架直接板每个固定螺栓接触电阻

          应小于0.005Ω,此时电缆桥架可作为接地干线(喷粉电缆桥架不宜作接地干线),每个电缆桥架的电阻值可按下式计算:

          r=ρ·L/S

          式中:ρ =15×10Ω-6 / cm(20);

          L=长度按100mm计算;

          S=截面积cm2。

          (2)梯架于托盘的单位电阻值见表2。

          表2 梯架于托盘的单位电阻值

          (3)电缆槽的单位电阻值见表3

          (4)当电缆桥架安装连接程整体后,每根梯边(或每个电缆槽)的电阻为:

          R=L(r+1/3r’)

          式中:

          R--梯边,即(电缆槽)全长总电阻(mΩ);

          r--梯边单位长度电阻(mΩ/m)

          桥架荷载特性

          编辑

          1、电缆桥架的荷载

          电缆桥架的荷载分为静荷载、动荷载和附加荷载。

          静荷载是指敷设在电缆桥架内的电缆种类、根数、每根的外径重量/单位长度,按电缆敷设的不同路由分别列表统计。

          动荷载是指电缆桥架安装和维护过程中施工维修人员的重量。对于轻型电缆桥架,一般不考虑动荷载,即不允许在桥架上站(行)人,如果需要考虑站人,则应将跨距适当缩小。附加荷载仅在室外是指冰雪、风和电磁力所形成的荷载,它与安装场所的地区自然气象条件和带电体的性质有关,设计中应根据各种条件加以计算。

          2、选用桥架的步骤

          (1)确定桥架宽度、层数、支撑点的型式和间距、以及电缆在各层桥架上的分布。

          桥架设计

          (2)计算每层电缆的均布荷载(kN/ m2),初步确定桥架的型号、规格。

          (3)按最大的电缆总均布荷载值来验算桥架强度。验算式如下:

          Q使用=q1+q2

          式中:q1 --电缆的均布荷载(各层的均布荷载中取最大值)(kN/

          m2),均布荷载是托盘、梯架或电缆槽的荷载;

          q2--考虑电缆敷设或检修时,人的重量等效的均布荷载(kN/

          m2),q2值的计算,人的重量一般按p=90kg计。

          表示集中荷载和均布荷载的弯距如图2

          按最大弯距相等的条件折算:

          式中:P--1人的荷载(kg)

          ι--1个支撑点间距(若支点间距不等时取最大值)(m)

          q2--1 人的等效均布荷载(kg/m)

          根据上述初步确定的桥架型号、规格及支点间距,查阅生产厂家的样本资料,反复核查间距和桥架型号,直至满足负荷要求为止。

          (4)挠度

          挠度值如何取定,尚无明确的规定,在重负区显然应考虑减小绕度,这意味着钢材的用量会相应增加,因此,计算时只要充分利用钢材的最大允许应力,并保证有足够的安全系数,一般最大挠度与跨距(支撑点间距)之比取1/250~1/150为宜。


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