SENSORY i SIECI SENSOROWE

Transkrypt

1 SKRYPT DO LABORATORIUM SENSORY i SIECI SENSOROWE ĆWICZENIE 1: Pętla prądowa 4 20mA Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Piotr Jasiński Gdańsk, 2018

2 1. Informacje wstępne Cele ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest nabycie umiejętności interpretacji wyników z czujników wyposażonych w wyjście typu 4 20 ma. Wykaz przyrządów: zasilacz woltomierz konwertery sygnałów 4 20 ma, czujniki 4 20 ma: TCH 2110 Pt100, TCH 2125 Pt100, TCH 2120 Pt100, TP T Spodziewane efekty kształcenia umiejętności i kompetencje: Oczekuje się, że student po odbyciu ćwiczenia będzie potrafił odpowiednio zasilić czujniki wyposażone w wyjście typu 4 20mA, zmierzyć odpowiedź czujnika oraz obliczyć wskazanie czujnika. Metody dydaktyczne: W trakcie ćwiczenia student będzie miał do dyspozycji wybrane konwertery sygnałów 4 20mA współpracujące z czujnikiem Pt100. Zgodnie z wytycznymi podłączy do wybranych konwerterów symulowany czujnik Pt100, zasilanie oraz woltomierz. Po przeprowadzeniu pomiarów w badanych układach, student powinien określić warunki pracy i zasilania konwerterów 4 20mA oraz interpretacji otrzymanych wyników. Następnie student zmierzy aktualną temperaturę w pomieszczeniu korzystając z czujnika Pt100 wyposażonego fabrycznie w wyjście typu 4 20mA. Zasady oceniania/warunek zaliczenia ćwiczenia Przeprowadzenie zadań pomiarowych oraz analiza wyników i oddanie sprawozdania Wykaz literatury podstawowej do ćwiczenia: 1. Materiały do wykładu 2. Pomiary, praca zbiorowa pod redakcją Janusza Piotrowskiego, WNT

3 2. Przebieg ćwiczenia L.p. Zadanie 1. Do wskazanego przez prowadzącego konwertera pętli prądowej 4 20mA należy podłączyć rezystor dekadowy zaciski Pt100. Do portu oznaczonego R pom podłączyć rezystor o wartości 100 Ω (może to być inny rezystor dekadowy). Do portu oznaczonego U pom podłączyć woltomierz. Do portu oznaczonego U zas podłączyć zasilacz. Upewnij się, że wartość napięcia oraz polaryzacja są zgodne z wytycznymi. Wypełnij tabelę 1. W miejsce T Pt100 w skrajne położenia komórek wprowadź minimalne i maksymalne wartości temperatury konwertera pętli prądowej. Na podstawie norm określ rezystancje czujnika Pt100 i ustaw ją na dekadzie. Zmierz U pom. Na podstawie U pom policz prąd pętli prądowej. Na podstawie obliczonej wartości prądu pętli prądowej policz oczekiwaną temperaturę termometru Pt100 zaproponuj wzór i wypełnij TPt100 Tobl 100% tabele. Oblicz błąd względny pomiaru TPt100. Naszkicuj wykresy i omów wyniki. 2. Wypełnij tabelę 2 zmieniając ustawienia w układzie zgodnie z zaleceniami 3. Wypełnij tabelę 3 zmieniając ustawienia w układzie zgodnie z zaleceniami 4. Wypełnij tabelę 4 zmieniając ustawienia w układzie zgodnie z zaleceniami 5. Wypełnij tabelę 5 zmieniając ustawienia w układzie zgodnie z zaleceniami 6. Na podstawie doświadczeń zebranych w trakcie ćwiczenia zmierz temperaturę otoczenia korzystając z komercyjnego czujnika Pt100 wyposażonego w wyjście 4 20mA. Wypełnij tabelę 6. U zas Pt100 wejście wyjście R pom U pom Przetwornik 4-20mA Rys.1. Rysunek układu podłączeniowego z konwerterem pętli prądowej 4 20mA. 3. Wprowadzenie do ćwiczenia W przyrządach pomiarowych stosowanych w przemyśle powszechnie wykorzystywany jest analogowy interfejs pętli prądowej ma, którego zasada pracy polega na przedstawieniu wartości wyniku pomiaru w postaci wartości prądu pobieranego przez przyrząd. Najczęściej przyjmuje się, że dolnemu 3

4 zakresowi pomiaru odpowiada prąd pobierany równy 4 ma, a górnemu 20 ma. Zasadniczymi cechami tego rozwiązania (w przeciwieństwie do innych standardów: V, ma itp) są: jednoczesne zasilanie przyrządu i transmisja wyniku przy pomocy jednej linii dwuprzewodowej, brak wpływu (w pewnym przedziale) rezystancji linii zasilającej na wynik pomiaru, dobra odporność na zakłócenia zewnętrzne, każda niestałość poboru prądu przez układ pomiarowy (np. w funkcji cyklu pomiarowego, temperatury otoczenia itp) wpływa bezpośrednio na błąd wyniku pomiaru. możliwa jest transmisja tylko jednego wyniku pomiaru przez jedną linię dwuprzewodową, W przypadku pętli prądowej możliwe jest zestawienie kilku odbiorników, które dzięki wymuszeniu prądowemu niezależnemu od rezystancji obwodu mogą mierzyć w tym samym czasie tę samą wartość. Pętla dwuprzewodowa Na rys.2 przedstawiono schemat pętli prądowej dwuprzewodowej. Linia dwuprzewodowa może być zastosowana tam, gdzie układy czujnika i przetwornika razem nie pobierają większego prądu niż 4 ma. W układzie takim linie zasilające są jednocześnie linia sygnałową. Czujnik, zazwyczaj jest wyposażony w układ przetwarzający prąd lub napięcie wyjściowe w odpowiednią wartość prądu za pomocą układu sterowanego źródła prądowego. Wówczas, gdy do czujnika nie jest przyłożony mierzony sygnał wówczas wartość prądu 4 ma i jest ona równoznaczna z wartością zerową sygnału (patrz rys.3). Rys. 2. Schemat pętli prądowej 2 przewodowej 4

5 Rys. 3. Charakterystyka przejściowa przetwornika. Pętla trójprzewodowa Na rys.4 przedstawiono schemat pętli prądowej trójprzewodowej. W tym wypadku układy czujnika i przetwornika mogą pobierać razem więcej prądu niż 4 ma. Podczas laboratorium taka konfiguracja nie jest stosowana. Rys. 4.. Schemat pętli prądowej 3 przewodowej. 5

6 Załącznik Wartość rezystancji czujnika Pt100 dla różnych temperatur, wg normy PN EN

7 Karta katalogowa konwerterów pętli prądowej 4 20mA 7

8 TABELE POMIAROWE Tabela 1. R pom =100 Ω, U zas =18V, konwerter 1 zakres... I pom [ma] Tabela 2 R pom =300 Ω, U zas =18V, konwerter 1 zakres... I pom [ma] Tabela 3 R pom =600 Ω, U zas =18V, konwerter 1 zakres... I pom [ma] 8

9 Tabela 4 R pom =600 Ω; U z =30V, konwerter 1 zakres... I 4 20mA [ma] Tabela 5. R pom =100 Ω, U zas =30V, konwerter 2 zakres... I pom [ma] Tabela 6. Wbudowany konwerter zakres... U zas [V] R pom [ ] I pom [ma] 9