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    資訊動態

    各類熱控儀表工作原理、選型、簡介

    文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2020-4-14     瀏覽次數:    
    各類熱控儀表熱電偶,熱電阻,壓力表,溫度變送器,壓力變送器,隔離器,溫度變送器模塊 工作原理、選型、簡介


    熱電偶、熱電阻的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶,N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。常用熱電偶材料:熱電偶分度號熱電極材料(正極負極)S鉑銠10純鉑R鉑銠13純鉑B鉑銠30鉑銠6K鎳鉻鎳硅T純銅銅鎳J鐵銅鎳N鎳鉻硅鎳硅E鎳鉻銅鎳常用熱電偶有:鎳鉻-康銅熱電偶分度號E0--800【1000】度鎳鉻-鎳硅熱電偶分度號K0-1000【1300】度鉑銠10-鉑熱電偶分度號S0-1300【1600】度鉑銠30-鉑銠6熱電偶分度號B0-1600【1800】度鉑銠13-鉑熱電偶分度號R0-1400【1600】度注:括弧內數字為短時最高使用溫度。提示:K分度熱電偶最佳測溫范圍在1000度以下,超過1000度后,會發生鉻擇優氧化,熱電勢會內緩慢發生變化【降低】,這種變化很難發現,容易給控溫造成嚴重后果。校對K分度熱電偶主要使用下列設備:1300度的管式電阻爐、二等標準鉑銠10-鉑熱電偶、電子電位差計、標準水銀溫度計【室溫】。說明:S分度號的特點是抗e79fa5e98193e4b893e5b19e31333433623736氧化性能強,宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用,長期使用溫度1400℃,短期1600℃。在所有熱電偶中,S分度號的精確度等級最高,通常用作標準熱電偶;R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右,其它性能幾乎完全相同;B分度號在室溫下熱電動勢極小,故在測量時一般不用補償導線。它的長期使用溫度為1600℃,短期1800℃??稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺?

    W—溫度儀表
    R—熱電偶
    N—鎳鉻-鎳硅: 分度號:K
    K—鎧裝熱電偶
    2—雙支
    3—活動卡套螺紋
    2—防濺型接線盒
    1—絕緣式
    ?5保護管直徑5mm
    1500總長1500mm
    M16*1.5,螺紋直徑16mm,牙距1.5mm

    壓力表(英文名稱:pressure gauge)是指以彈性元件為敏感元件,測量并指示高于環境壓力的儀表,應用極為普遍,它幾乎遍及所有的工業流程和科研領域。在熱力管網、油氣傳輸、供水供氣系統、車輛維修保養廠店等領域隨處可見。尤其在工業過程控制與技術測量過程中,由于機械式壓力表的彈性敏感元件具有很高的機械強度以及生產方便等特性,使得機械式壓力表得到越來越廣泛的應用。

    工作原理

    壓力表通過表內的敏感元件(波登管、膜盒、波紋管)的彈性形變,再由表內機芯的轉換機構將壓力形變傳導至指針,引起指針轉動來顯示壓力。

    壓力表種類很多,它不僅有一般(普通)指針指示型,還有數字型;不僅有常規型,還有特種型;不僅有接點型,還有遠傳型;不僅有耐振型,還有抗震型;不僅有隔膜型,還有耐腐型等。壓力表系列完整。它不僅有常規系列,還有數字系列;不僅有普通介質應用系列,還有特殊介質應用系列;不僅有開關信號系列,還有遠傳信號系列等等,它們都源于實踐需求,先后構成了完整的系列。壓力表的規格型號齊全,結構型式完善。從公稱直徑看,有Φ40mm、Φ50mm、Φ60mm、Φ75mm、Φ100mm、Φ150mm、Φ200mm、Φ250mm等。從安裝結構型式看,有直接安裝式、嵌裝式和凸裝式,其中嵌裝式又分為徑向嵌裝式和軸向嵌裝式,凸裝式也有徑向凸裝式和軸向凸裝式之分。直接安裝式,又分為徑向直接安裝式和軸向直接安裝式。其中徑向直接安裝式是基本的安裝型式,一般在未指明安裝結構型式時,均指徑向直接安裝式。軸向直接安裝式考慮其自身支撐的穩定性,一般只在公稱直徑小于150mm的壓力表上才選用。所謂嵌裝式和凸裝式壓力表,就是我們常說的帶邊(安裝環)壓力表。軸向嵌裝式既軸向前帶邊、徑向嵌裝式是指徑向前帶邊、徑向凸裝式(也叫墻裝式)是指徑向后帶邊壓力表。從量域和量程區段看,在正壓量域分為微壓量程區段、低壓量程區段、中壓量程區段、高壓量程區段、超高壓量程區段,每個量程區段內又細分出若干種測量范圍(儀表量程);在負壓量域(真空)又有3種負壓(真空表);正壓與負壓聯程的壓力表是一種跨量域的壓力表。其規范名稱為壓力真空表,也有稱之為真空壓力表。它不但可以測量正壓壓力,也可測量負壓壓力。壓力表的精度等級分類十分明晰。常見精度等級有4級、2.5級、1.6級、1級、0.4級、0.25級、0.16級、0.1級等。精度等級一般應在其度盤上進行標識,其標識也有相應規定,如“①”表示其精度等級是1級。對于一些精度等級很低的壓力表,如4級下的,還有一些并不需要測量其準確的壓力值,只需要指示出壓力范圍的,如滅火器上的壓力表,則可以不標識精度等級。

    壓力表按其測量精確度:可分為精密壓力表、一般壓力表。精密壓力表的測量精確度等級分別為0.1、0.16、0.25、0.4級0.05級;一般壓力表的測量精確度等級分別為1.0、1.6、2.5、4. 0級。

    壓力表按其測量基準:壓力表按其指示壓力的基準不同,

     

    分為一般壓力表、絕對壓力表不銹鋼壓力表、差壓表。一般壓力表以大氣壓力為基準;絕壓表以絕對壓力零位為基準;差壓表測量兩個被測壓力之差。

    壓力表按其測量范圍:分為真空表、壓力真空表、微壓表、低壓表、中壓表及高壓表。真空表用于測量小于大氣壓力的壓力值;壓力真空表用于測量小于和大于大氣壓力的壓力值;微壓表用于測量小于60000 Pa的壓力值;低壓表用于測量0~6MPa壓力值;中壓表用于測量10~60MPa壓力值;

    壓力表按其顯示方式:分為指針壓力表,數字壓力表。

    壓力表按其使用功能分:壓力表按其使用功能不同可分為就地指示型壓力表和帶電信號控制型壓力表。

    一般壓力表、真空壓力表、耐震壓力表、不銹鋼壓力表等都屬于就地指示型壓力表,除指示壓力外無其他控制功能。

    帶電信號控制型壓力表輸出信號主要有:

    1、開關信號(如電接點壓力表)

    2、電阻信號(如電阻遠傳壓力表)

    3、電流信號(如電感壓力變送器,遠傳壓力表,壓力變送器等)

    壓力表按測量介質特性不同可分為:

    1、一般型壓力表:一般型壓力表用于測量無爆炸、不結晶、不凝固對銅和銅合金無腐蝕作用的液體、氣體或蒸汽的壓力;

    2、耐腐蝕型壓力表:耐腐蝕型壓力表用于測量腐蝕性介質的壓力,常用的有不銹鋼型壓力表、隔膜型壓力表等;

    3、防爆型壓力表:防爆型壓力表用在環境有爆炸性混合物的危險場所,如防爆電接點壓力表,防爆變送器等。

    4、專用型壓力表。

    按照壓力表的用途分:可分為普通壓力表、氨壓力表、氧氣壓力表、電接點壓力表、遠傳壓力表、耐振壓力表、帶檢驗指針壓力表、雙針雙管或雙針單管壓力表、數顯壓力表、數字精密壓力表等

    壓力變送器

    壓力變送器是一種將壓力轉換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳的設備。 [1] 

    它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數轉變成標準的電信號(如4~20mADC等),以供給指示報警儀、記錄儀、調節器等二次儀表進行測量、指示和過程調節。

    壓力變送器是工業實踐中最為常用的一種傳感器,其廣泛應

    壓力變送器(圖1)

    用于各種工業自控環境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。

    壓力變送器有電動式和氣動式兩大類。電動式的統一輸出信號為0~10mA、4~20mA或1~5V等直流電信號。氣動式的統一輸出信號為20~100Pa的氣體壓力。

    壓力變送器按不同的轉換原理可分為力(力矩)平衡式、電容式、電感式、應變式和頻率式等,下面簡單介紹幾種壓力(差壓)變送器的原理、結構、使用、檢修和校驗等知識。 [2] 

    壓力變送器的主要作用把壓力信號傳到電子設備,進而在計算機顯示壓力其原理大致是:將水壓這種壓力的力學信號轉變成電流(4-20mA)這樣的電子信號壓力和電壓或電流大小成線性關系,一般是正比關系。所以,變送器輸出的電壓或電流隨壓力增大而增大由此得出一個壓力和電壓或電流的關系式壓力變送器的被測介質的兩種壓力通入高、低兩壓力室,低壓室壓力采用大氣壓或真空,作用在δ元(即敏感元件)的兩側隔離膜片上,通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。

    壓力變送器是由測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器。當兩側壓力不一致時,致使測量膜片產生位移,其位移量和壓力差成正比,故兩側電容量就不等,通過振蕩解調環節

    工作原理:壓力變送器感受壓力的電器元件一般為電阻應變片,電阻應變片是一種將被測件上的壓力轉換成為一種電信號的敏感器件。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的黏合劑緊密地粘合在產生力學應變基體上,當基體受力發生應力變化時,電阻應變片也一起產生形變,使應變片的阻值發生改變,從而使加在電阻上的電壓發生變化

    1、壓力變送器具有工作可靠、性能穩定等特點;

    2、專用V/I集成電路,外圍器件少,可靠性高,維護簡單、輕松,體積小、重量輕,安裝調試極為方便;

    3、鋁合金壓鑄外殼,三端隔離,靜電噴塑保護層,堅固耐用;

    4、4-20mA DC二線制信號傳送,抗干擾能力強,傳輸距離遠;

    5、LED、LCD、指針三種指示表頭,現場讀數十分方便??捎糜跍y量粘稠、結晶和腐蝕性介質;

    6、高準確度,高穩定性。除進口原裝傳感器已用激光修正外,對整機在使用溫度范圍內的綜合性溫度漂移、非線性進行精細補償。

    當今世界各國壓力變送器的研究領域十分廣泛,幾乎滲透到了各個行業,但歸納起來主要有以下幾個趨勢:

    1、智能化:由于集成化的出現,在集成電路中可添加一些微處理器,使得變送器具有自動補償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。

    2、集成化:壓力變送器已經越來越多的與其它測量用變送器集成以形成測量和控制系統。集成系統在過程控制和工廠自動化中可提高操作速度和效率。

    3、小型化:市場對小型壓力變送器的需求越來越大,這種小型變送器可以工作在極端惡劣的環境下,并且只需要很少的保養和維護,對周圍的環境影響也很小,可以放置在人體的各個重要器官中收集資料,不影響人的正常生活。

    4、標準化:變送器的設計與制造已經形成了一定的行業標準。

    5、廣泛化:壓力變送器的另一個發展趨勢是正從機械行業向其它領域擴展,例如:汽車元件、醫療儀器和能源環境控制系統。

    溫度變送器

    隔離型溫度變送器:

    * 執行標準:IEC688:1992,QB

    A40溫度變送器

    * 輸入范圍:-60℃~175
      * 精度等級:≤0.5%.F.S
      * 整機功耗:≤0.5VA
      * 絕緣電阻:≥20MΩ(DC500V)
      * 響應時間:≤350mS
      * 工作環境:-10℃~50,20%~90%無凝露
      * 貯存環境:-40℃~70,20%~95%無凝露

    * 將被測環境溫度隔離轉換成按線性比例輸出的單路標準直流電壓或直流電流;
      * 低功耗、可靠性高;
      * 優良的抗干擾能力;
      * 拔插端子接口、標準導軌(35mm)安裝;
      * 體積小、外型尺寸(mm):95(L)×37(W)×32(H);

    溫度變送器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表。主要用于工業過程溫度參數的測量和控制。

    帶傳感器的變送器通常由兩部分組成:傳感器和信號轉換器。傳感器主要是熱電偶熱電阻;信號轉換器主要由測量單元、信號處理和轉換單元組成(由于工業用熱電阻和熱電偶分度表是標準化的,因此信號轉換器作為獨立產品時也稱為變送器),有些變送器增加了顯示單元,有些還具有現場總線功能。如右圖:

    溫度變送器原理圖

    變送器如果由兩個用來測量溫差的傳感器組成,輸出信號與溫差之間有一給定的連續函數關系。故稱為溫度變送器。

    變送器輸出信號與溫度變量之間有一給定的連續函數關系(通常為線性函數),早期生產的變送器其輸出信號與溫度傳感器的電阻值(或電壓值)之間呈線性函數關系。

    標準化輸出信號主要為0mA~10mA和4mA~20mA(或1V~5V)的直流電信號。不排除具有特殊規定的其他標準化輸出信號。溫度變送器按供電接線方式可分為兩線制和四線制,除RWB型溫度變送器為三線制外。

    變送器有電動單元組合儀表系列的和小型化模塊式的,多功能智能型的。前者均不帶傳感器,后兩類變送器可以方便的與熱電偶或熱電阻組成帶傳感器的變送器。

    應用領域

    石油、化工、化纖;紡織、橡膠、建材;電力、冶金、醫藥;食品等工業領域現場測溫過程控制;特別適用于計算機測控系統,也可與儀表配套使用.

    類型

    溫度范圍(

    最小量程(

    絕對誤差

    基本誤差

    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%

    溫度變送器技術參數


    1、熱電偶溫度變送器技術指標

    ※輸入

    輸入類型:K、E、S、B、T、J等型熱電偶

    溫度量程范圍:(如下圖)

    輸入阻抗:≥20KΩ

    冷端溫度補償:-15~+75

    ※輸出

    輸出電流:4~20mA

    輸出回路供電:12~30VDC

    最小工作電壓:12VDC

    負載電阻與供電電源的關系:

    ※綜合參數

    標準精度:±0.2%

    溫度漂移:基本誤差/10

    熱電阻引線補償:±0.1%(0~10Ω)

    負載變化影響:±0.1%(允許負載范圍內)

    電源變化影響:±0.1%(12~30V)

    開機響應時間:<1S(0~90%)

    工作環境溫度:-20~+70

    防護等級:IP00/IP54(傳感器防護等級決定)

    電磁兼容:符合IEC61000,EN61000

    2、熱電阻溫度變送器技術指標

    ※輸入

    溫度量程范圍:Pt100:-200~850℃ Cu50:-50~150℃

    最小溫度量程:50℃

    引線電阻:≤10Ω

    ※輸出

    輸出電流:4~20mA

    輸出回路供電:12~30VDC

    最小工作電壓:12VDC

    負載電阻與供電電源的關系:

    負載電阻(包括引線電阻)=供電電源(V)-12(V)/0.02A

    ※綜合參數

    標準精度:±0.2%(參見選型表)注:需要高精度可訂制

    溫度漂移:基本誤差/10

    熱電阻引線補償:±0.1%(0~10Ω)

    負載變化影響:±0.1%(允許負載范圍內)

    電源變化影響:±0.1%(12~30V)

    開機響應時間:<1S(0~90%)

    工作環境溫度:-20~+70

    防護等級:IP00/IP54(傳感器防護等級決定)

    電磁兼容:符合IEC61000,EN61000

    外型圖

    模塊式溫度變送器外形結構圖

    導軌式溫度變送器外形結構圖

    溫度變送器優勢分析

    溫度變送器模擬型

    ● 精度高

    ● 量程、零點外部連續可調

    ● 穩定性能好

    ● 正遷移可達500%、負遷移可達600%

    ● 二線制、三線制、四線制

    ● 阻尼可調、耐過壓

    ● 固體傳感器設計

    ● 無機械可動部件、維修量少

    ● 重量輕(2.4kg)

    ● 全系列統一結構、互換性強

    ● 小型化(166mm總高)

    ● 接觸介質的膜片材料可選

    ● 單邊抗過壓強

    ● 低壓澆鑄鋁合金殼體


    溫度變送器智能型

    ●超級的測量性能,用于壓力、差壓、液位、流量測量

    ●數字精度:+(-)0.05%

    ●模擬精度:+(-)0.75%+(-)0.1%F.S

    ●全性能:+(-)0.25F.S

    ●穩定性:0.25% 60個月

    ●量程比:100:1

    ●測量速率:0.2S

    ●小型化(2.4kg)全不銹鋼法蘭,易于安裝(見圖右)

    ●過程連接與其它產品兼容,實現最佳測量

    ●采用H合金護套的傳感器(專利技術),實現了優良的冷、熱穩定性

    ●采用16位計算機的智能變送器

    ●標準4-20mA,帶有基于HART協議的數字信號,遠程操控

    ●支持向現場總線與基于現場控制的技術的升級。


    隔離器是一種采用線性光耦隔離原理,將輸入信號進行轉換輸出。輸入,輸出和工作電源三者相互隔離,特別適合與需要電隔離的設備儀表配用。隔離器又名信號隔離器,是工業控制系統中重要組成部分。

    系統產生干擾的原因

    在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構,它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號,又有幾十伏,甚至數千伏、數百安培的大信號;既有低頻直流信號,也有高頻脈沖信號等等,構成系統后往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相干擾,造成系統不穩定甚至誤操作。出現這種情況除了每個儀表、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外,還有一個十分重要的因素就是由于儀表和設備之間的信號參考點之間存在電勢差,因而形成“接地環路”造成信號傳輸過程中失真。因此,要保證系統穩定和可靠的運行,“接地環路”問題是在系統信號處理過程中必須解決的問題。 [1]  

    解決“接地環路”的方法

    根據理論和實踐分析,有三種解決方案:

    第一種方案:所有現場設備不接地,使所有過程環路只有一個接地點,不能形成回路,這種方法看似簡單,但在實際應用中往往很難實現,因為某些設備要求必須接地才能保證測量精度或確保人身安全,某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。

    第二種方案:使兩接地點的電勢相同,但由于接地點的電阻受地質條件及氣候變化等眾多因素的影響,這種方案其實在實際中無法完全做到。

    第三種方案:在各個過程環路中使用信號隔離方法,斷開過程環路,同時又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決接地環路問題。YHWSH-DCS001P 

    隔離器抗干擾

    編輯

    1、供電系統的抗干擾設計 對傳感器、儀器儀表正常工作危害最嚴重的是電網尖峰脈沖干擾,產生尖峰干擾的用電設備有:電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮流器的充氣照明燈等。尖峰干擾可用硬件、軟件結合的辦法來抑制。

    干擾控制器

    (1)用硬件線路抑制尖峰干擾的影響。常用辦法主要有三種:①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設計的干擾控制器,將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞性;②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;③在儀器交流電源的輸入端并聯壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓,從而削弱干擾的影響。

    (2)利用軟件方法抑制尖峰干擾。對于周期性干擾,可以采用編程進行時間濾波,也就是用程序控制可控硅導通瞬間不采樣,從而有效地消除干擾。

    (3)采用硬、軟件結合的看門狗(watchdog)技術抑制尖峰脈沖的影響。軟件:在定時器定時到之前,CPU訪問一次定時器,讓定時器重新開始計時,正常程序運行,該定時器不會產生溢出脈沖,watchdog也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現了“飛程序”,則CPU就不會在定時到之前訪問定時器,因而定時信號就會出現,從而引起系統復位中斷,保證智能儀器回到正常程序上來。

    (4)實行電源分組供電,例如:將執行電機的驅動電源與控制電源分開,以防止設備間的干擾。

    (5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅動器對其它設備的干擾。該措施對以上幾種干擾現象都可以有效地抑制。

    (6)采用隔離變壓器??紤]到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合的,因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力。

    (7)采用高抗干擾性能的電源,如利用頻譜均衡法設計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動電壓脈沖轉換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。 [1] 

    隔離器低功耗

    編輯

    產品的功耗是各個功能單元功耗的總和,只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低,增加產品的熱穩定性和壽命。隔離器主要在輸入、輸出、電源、隔離四個單元進行技術改進。

    1、 輸出單元模塊的自適應負載技術

    輸出模塊可以根據負載的大小動態調整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的發熱。傳統的負載設計是根據額定負載的大小設計輸出功率,當輸出負載非常小時,多余的負載功率就耗散在儀表內部,從而時儀表自身發熱。假設一臺隔離器的輸出負載設計為750歐姆,那么輸出驅動功率一般設計為0.5W。如果在實際應用中此隔離器的負載使用在50歐姆的環境下,那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率轉換為儀表自身的發熱。如果時多路輸出將產生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實際應用中又難以應付市場的復雜狀況。

    2、隔離單元模塊的低功耗改進

    隔離單元是決定產品技術指標的重要單元。

    隔離技術主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調制耦合,反饋調制耦合等多種形式,具體采用什么形式要根據產品的技術指標而定??偟膩碇v可以大致分為開關量信號采用光隔離,模擬量信號采用磁隔離的方式。從技術復雜程度來看,磁隔離比光隔離處理技術復雜,采用磁隔離技術,設計者可以根據技術指標采用合適的設計方案,隔離的線性、精度可以根據產品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術指標,設計人員可以調整的方式很少,也不可能超過廠家提供的技術指標。由于功耗大,光電隔離也不能實現無源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模式、電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補償模式等,電流互感功率補償模式是相對來說功耗最低的模式。

    3、電源模塊

    電源的技術指標是基礎,決定產品的性能。流行的電源拓撲形式雖然非常多,也很成熟。 [2] 

    隔離器優越性


    在各個過程環路中使用信號隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現場帶隔離的變送器(部分設備可以做到),也可以使用信號隔離器來實現。比較起來,用信號隔離器有以下優點:

    ● 絕大部分情況,采用信號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜。

    ● 信號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優越。

    ● 信號隔離器應用靈活,而且它還有型號轉換和 信號分配功能,使用起來更加方便。

    ● 信號隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式,通道間相互完全獨立,構成系統的配置、日常維護更加方便。

    智能隔離器的說明:

    SKGL型智能隔離器是將輸入單路或雙路的電流或電壓信號,變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號,并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。   

    隔離器供電方式


    隔離器常見的供電方式有獨立供電、回路供電和輸出回路供電。

    獨立供電的隔離器:

    需要配備獨立20~35VDC的直流電源。這種方式的優點是隔離傳輸精度高;電源、輸入、輸出之間完全隔離,多路系統供電電源不需隔離,可保證高抗干擾性能,輸入信號可以變換為其它類型的型號。

    回路供電的隔離器:

    在實際工業監控系統中,DCS、PLC或其他顯示儀表具有卡件內部供電的使用越來越廣泛?;芈饭╇娦透綦x器又往往不能滿足這些卡件對信號隔離傳輸精度要求高和二線制變送器配電電壓要求高的條件。因此,輸出回路供電型的隔離器既保留了獨立供電型隔離器的優越性能,又滿足輸出回路供電接口的要求

    系統產生干擾的原因

    在工業生產過程中實現監視和控制需要用到各種自動化儀表、控制系統和執行機構,它們之間的信號傳輸既有微弱到毫伏級、微安級的小信號,又有幾十伏,甚至數千伏、數百安培的大信號;既有低頻直流信號,也有高頻脈沖信號等等,構成系統后往往發現在儀表和設備之間信號傳輸互相干擾,造成系統不穩定甚至誤操作。出現這種情況除了每個儀表、設備本身的性能原因如抗電磁干擾影響外,還有一個十分重要的因素就是由于儀表和設備之間的信號參考點之間存在電勢差,因而形成“接地環路”造成信號傳輸過程中失真。因此,要保證系統穩定和可靠的運行,“接地環路”問題是在系統信號處理過程中必須解決的問題。 [1] 

    解決“接地環路”的方法

    根據理論和實踐分析,有三種解決方案:

    第一種方案:所有現場設備不接地,使所有過程環路只有一個接地點,不能形成回路,這種方法看似簡單,但在實際應用中往往很難實現,因為某些設備要求必須接地才能保證測量精度或確保人身安全,某些設備可能因為長期遭到腐蝕和磨損后或氣候影響而形成新的接地點。

    第二種方案:使兩接地點的電勢相同,但由于接地點的電阻受地質條件及氣候變化等眾多因素的影響,這種方案其實在實際中無法完全做到。

    第三種方案:在各個過程環路中使用信號隔離方法,斷開過程環路,同時又不影響過程信號的正常傳輸,從而徹底解決接地環路問題。 [1] 

    隔離器抗干擾

    編輯

    1、供電系統的抗干擾設計 對傳感器、儀器儀表正常工作危害最嚴重的是電網尖峰脈沖干擾,產生尖峰干擾的用電設備有:電焊機、大電機、可控機、繼電接觸器、帶鎮流器的充氣照明燈等。尖峰干擾可用硬件、軟件結合的辦法來抑制。

    干擾控制器

    (1)用硬件線路抑制尖峰干擾的影響。常用辦法主要有三種:①在儀器交流電源輸入端串入按頻譜均衡的原理設計的干擾控制器,將尖峰電壓集中的能量分配到不同的頻段上,從而減弱其破壞性;②在儀器交流電源輸入端加超級隔離變壓器,利用鐵磁共振原理抑制尖峰脈沖;③在儀器交流電源的輸入端并聯壓敏電阻,利用尖峰脈沖到來時電阻值減小以降低儀器從電源分得的電壓,從而削弱干擾的影響。

    (2)利用軟件方法抑制尖峰干擾。對于周期性干擾,可以采用編程進行時間濾波,也就是用程序控制可控硅導通瞬間不采樣,從而有效地消除干擾。

    (3)采用硬、軟件結合的看門狗(watchdog)技術抑制尖峰脈沖的影響。軟件:在定時器定時到之前,CPU訪問一次定時器,讓定時器重新開始計時,正常程序運行,該定時器不會產生溢出脈沖,watchdog也就不會起作用。一旦尖峰干擾出現了“飛程序”,則CPU就不會在定時到之前訪問定時器,因而定時信號就會出現,從而引起系統復位中斷,保證智能儀器回到正常程序上來。

    (4)實行電源分組供電,例如:將執行電機的驅動電源與控制電源分開,以防止設備間的干擾。

    (5)采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅動器對其它設備的干擾。該措施對以上幾種干擾現象都可以有效地抑制。

    (6)采用隔離變壓器??紤]到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初、次級線圈的互感耦合,而是靠初、次級寄生電容耦合的,因此隔離變壓器的初、次級之間均用屏蔽層隔離,減少其分布電容,以提高抵抗共模干擾能力。

    (7)采用高抗干擾性能的電源,如利用頻譜均衡法設計的高抗干擾電源。這種電源抵抗隨機干擾非常有效,它能把高尖峰的擾動電壓脈沖轉換成低電壓峰值(電壓峰值小于TTL電平)的電壓,但干擾脈沖的能量不變,從而可以提高傳感器、儀器儀表的抗干擾能力。 [1] 

    隔離器低功耗

    編輯

    產品的功耗是各個功能單元功耗的總和,只有降低各個功能單元的功耗才能使得總得功耗降低,增加產品的熱穩定性和壽命。隔離器主要在輸入、輸出、電源、隔離四個單元進行技術改進。

    1、 輸出單元模塊的自適應負載技術

    輸出模塊可以根據負載的大小動態調整輸出模塊的輸出功率,從而減少自身的發熱。傳統的負載設計是根據額定負載的大小設計輸出功率,當輸出負載非常小時,多余的負載功率就耗散在儀表內部,從而時儀表自身發熱。假設一臺隔離器的輸出負載設計為750歐姆,那么輸出驅動功率一般設計為0.5W。如果在實際應用中此隔離器的負載使用在50歐姆的環境下,那么就有 0.5W – 0.02W = 0.48W的功率轉換為儀表自身的發熱。如果時多路輸出將產生更多的熱量,而降低輸出模塊的額定功率在實際應用中又難以應付市場的復雜狀況。

    2、隔離單元模塊的低功耗改進

    隔離單元是決定產品技術指標的重要單元。

    隔離技術主要有磁隔離與光隔離兩大類。隔離電路形式有直接調制耦合,反饋調制耦合等多種形式,具體采用什么形式要根據產品的技術指標而定??偟膩碇v可以大致分為開關量信號采用光隔離,模擬量信號采用磁隔離的方式。從技術復雜程度來看,磁隔離比光隔離處理技術復雜,采用磁隔離技術,設計者可以根據技術指標采用合適的設計方案,隔離的線性、精度可以根據產品的要求靈活控制。而光隔離的線性、精度只能依賴器件廠家提供的技術指標,設計人員可以調整的方式很少,也不可能超過廠家提供的技術指標。由于功耗大,光電隔離也不能實現無源隔離。磁隔離模式有電流互感模式、電流互感反饋模式、電壓互感模式、電壓互感反饋模式、電流互感功率補償模式等,電流互感功率補償模式是相對來說功耗最低的模式。

    3、電源模塊

    電源的技術指標是基礎,決定產品的性能。流行的電源拓撲形式雖然非常多,也很成熟。 [2] 

    隔離器優越性

    信號隔離器 YHWSH-DCS001P

    在各個過程環路中使用信號隔離辦法可以用DCS或PLC等隔離卡件或者現場帶隔離的變送器(部分設備可以做到),也可以使用信號隔離器來實現。比較起來,用信號隔離器有以下優點:

    ● 絕大部分情況,采用信號隔離器+非隔離卡件比采用隔離卡件便宜。

    ● 信號隔離器比隔離卡件在隔離能力、抗電磁干擾等方面性能更加優越。

    ● 信號隔離器應用靈活,而且它還有型號轉換和 信號分配功能,使用起來更加方便。

    ● 信號隔離器通常有單通道、雙通道、一入二出等通道形式,通道間相互完全獨立,構成系統的配置、日常維護更加方便。

    智能隔離器的說明:

    SKGL型智能隔離器是將輸入單路或雙路的電流或電壓信號,變送輸出隔離的單路或雙路線性的電流或電壓信號,并提高輸入、輸出、電源之間的電氣隔離性能。 [2] 

    隔離器供電方式

    信號隔離器 YHWSH-DCS001P

    隔離器常見的供電方式有獨立供電、回路供電和輸出回路供電。

    獨立供電的隔離器:

    需要配備獨立20~35VDC的直流電源。這種方式的優點是隔離傳輸精度高;電源、輸入、輸出之間完全隔離,多路系統供電電源不需隔離,可保證高抗干擾性能,輸入信號可以變換為其它類型的型號。

    回路供電的隔離器:

    在實際工業監控系統中,DCS、PLC或其他顯示儀表具有卡件內部供電的使用越來越廣泛?;芈饭╇娦透綦x器又往往不能滿足這些卡件對信號隔離傳輸精度要求高和二線制變送器配電電壓要求高的條件。因此,輸出回路供電型的隔離器既保留了獨立供電型隔離器的優越性能,又滿足輸出回路供電接口的要求


    橋架


    電纜橋架分為槽式電纜橋架、托盤式電纜橋架梯級式電纜橋架、網格橋架等結構,由支架、托臂和安裝附件等組成??梢元毩⒓茉O, 也可以敷設在各種建(構)筑物和管廊支架上,體現結構簡單、造型美觀、配置靈活和維修方便等特點,全部零件均需進行鍍鋅處理,安裝在建筑物外露天的橋架,如果是在鄰近海邊或屬于腐蝕區,則材質必須具有防腐、耐潮氣、附著力好, 耐沖擊強度高的物性特點。

    脹縮問題

    編輯

    由于環境溫度變化,鋼質電纜橋架會出現熱脹冷縮的現象。室外橋架受溫度影響較大例如環境最高溫度為40℃,最低溫度為-20℃,則電纜橋架的最大收縮量按下式求得:

    Δt=11.2 ×10-6×60deg(度)×1000mm

    由此得出結論:

    溫差為60℃時 ,Δι =0.672mm/m

    溫差為50℃時, Δι =0.560mm/m

    溫差為40℃時, Δι =0.448mm/m

    工程設計中直線段電纜橋架應考慮伸縮接頭,伸縮接頭的間距建議按以下取定:

    當溫差為40℃時為50m;

    當溫差為50℃時為40m;

    橋架接地

    編輯

    根據規范的有關規定,鍍鋅電纜橋架進行良好的接地。

    (1)鍍鋅電纜橋架直接板每個固定螺栓接觸電阻

    應小于0.005Ω,此時電纜橋架可作為接地干線(噴粉電纜橋架不宜作接地干線),每個電纜橋架的電阻值可按下式計算:

    r=ρ·L/S

    式中:ρ =15×10Ω-6 / cm(20);

    L=長度按100mm計算;

    S=截面積cm2。

    (2)梯架于托盤的單位電阻值見表2。

    表2 梯架于托盤的單位電阻值

    (3)電纜槽的單位電阻值見表3

    (4)當電纜橋架安裝連接程整體后,每根梯邊(或每個電纜槽)的電阻為:

    R=L(r+1/3r’)

    式中:

    R--梯邊,即(電纜槽)全長總電阻(mΩ);

    r--梯邊單位長度電阻(mΩ/m)

    橋架荷載特性

    編輯

    1、電纜橋架的荷載

    電纜橋架的荷載分為靜荷載、動荷載和附加荷載。

    靜荷載是指敷設在電纜橋架內的電纜種類、根數、每根的外徑重量/單位長度,按電纜敷設的不同路由分別列表統計。

    動荷載是指電纜橋架安裝和維護過程中施工維修人員的重量。對于輕型電纜橋架,一般不考慮動荷載,即不允許在橋架上站(行)人,如果需要考慮站人,則應將跨距適當縮小。附加荷載僅在室外是指冰雪、風和電磁力所形成的荷載,它與安裝場所的地區自然氣象條件和帶電體的性質有關,設計中應根據各種條件加以計算。

    2、選用橋架的步驟

    (1)確定橋架寬度、層數、支撐點的型式和間距、以及電纜在各層橋架上的分布。

    橋架設計

    (2)計算每層電纜的均布荷載(kN/ m2),初步確定橋架的型號、規格。

    (3)按最大的電纜總均布荷載值來驗算橋架強度。驗算式如下:

    Q使用=q1+q2

    式中:q1 --電纜的均布荷載(各層的均布荷載中取最大值)(kN/

    m2),均布荷載是托盤、梯架或電纜槽的荷載;

    q2--考慮電纜敷設或檢修時,人的重量等效的均布荷載(kN/

    m2),q2值的計算,人的重量一般按p=90kg計。

    表示集中荷載和均布荷載的彎距如圖2

    按最大彎距相等的條件折算:

    式中:P--1人的荷載(kg)

    ι--1個支撐點間距(若支點間距不等時取最大值)(m)

    q2--1 人的等效均布荷載(kg/m)

    根據上述初步確定的橋架型號、規格及支點間距,查閱生產廠家的樣本資料,反復核查間距和橋架型號,直至滿足負荷要求為止。

    (4)撓度

    撓度值如何取定,尚無明確的規定,在重負區顯然應考慮減小繞度,這意味著鋼材的用量會相應增加,因此,計算時只要充分利用鋼材的最大允許應力,并保證有足夠的安全系數,一般最大撓度與跨距(支撐點間距)之比取1/250~1/150為宜。


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