Блок-Схема интеллектуального датчика.

Современные интеллектуальные датчики имеют многовариантную блочную структуру. Основными блоками являются чувствительный элемент (сенсор) и преобразователь. В одном датчике может иметься ряд сенсоров, взаимодействующих с одним преобразователем. Добавочным блоком может являться местный показывающий прибор.

Сенсор имеет обычно множество вариантов исполнения, рассчитанных на разные свойства измеряемой и окружающей сред и разную конструкцию объекта измерения:

ü варианты арматуры (корпуса сенсора) под разные давления, температуры, воздействия и помехи;

ü варианты материалов арматуры, контактирующих с измеряемой средой, под обычную, химически агрессивную, абразивную и другие среды;

ü варианты исполнения сенсора под обычную, гигиеническую, взрывоопасную среды;

ü варианты соединения сенсора с конструкцией объекта измерения типа фланцевой, вафельной, резьбовой и т. д..

Преобразователь может быть компактно объединен с сенсором в одном конструктиве, а может исполняться в отдельном конструктиве и размещаться рядом или на небольшой дистанции от сенсора.

Сам преобразователь, как минимум, состоит из программируемого микропроцессора с оперативным и постоянным модулями памяти, аналого-цифрового преобразователя, сетевого контроллера связи с типовыми полевыми сетями. Обычно он также имеет ряд вариантов исполнения:

ü варианты корпуса преобразователя под разные свойства окружающей среды и разные имеющиеся внешние помехи;

ü варианты питания прибора по наличию блока питания в нем или питанию его от постороннего источника через полевую сеть;

ü варианты выходных сигналов преобразователя по числу, по параметрам, по коммуникационным возможностям связи с различными полевыми сетями.

В автоматических системах управления и контроля интеллектуальные датчики выполняют следующие основные функциональные задачи:

ü преобразование входного сигнала в сигнал требуемого вида с воспроизводимой функциональной связью между ними;

ü преобразование полученного сигнала в форму, обеспечивающую помехозащищенную передачу к устройству обработки данных по каналу связи;

ü избирательную регистрацию и предварительную обработку выходного сигнала;

ü подавление существенных для решения данной задачи помех (возмущающих воздействий);

ü реагирование на изменяющиеся условия в точках контроля;

ü обеспечение и контроль собственного функционирования.

Эти задачи предопределяют те интеллектуальные свойства, которыми должен обладать датчик, а именно: -способность к самонастройке, т.е. изменению чувствительности и динамических характеристик в соответствии с диапазоном и скоростью изменения выходной величины, а также подавлению помех; -адаптивность к условиям окружающей среды;

Способность датчика или системы датчиков к самодиагностике, включая коррекцию ошибок. Интеллектуального датчика – это датчик, обладающий способностью автоматической адаптации к источнику сигнала и окружающей среде, а также способностью контролировать свои функции, корректировать ошибки измерений, и представляющий собой электронное устройство, основанное на объединении чувствительных элементов, схем преобразования сигналов и средств микропроцессорной техники».

Для реализации интеллектуальных ИМ используются четыре основных функциональных блока:

• информационно-электрический функциональный преобразователь (ФП), включающий в себя контроллер управления движением и силовой электрический преобразователь;

• электромеханический ФП, включающий в себя электродвигатель и механическое передаточное устройство;

• электро-информационный ФП, стоящий в линии обратной связи ИМ и включающий в себя датчики напряжения и тока силового преобразователя;

• механико-информационный ФП, стоящий в линии обратной связи ИМ и включающий в себя датчики перемещения, частоты вращения, момента, силы.

Рис. 1 Структура интеллектуальных датчиков

Сенсор, созданный на основе монокристаллического кремниевого элемента, преобразует давление в электрический сигнал, который усиливается и передается в микропроцессор, установленный в самом приборе, а не в центральный контроллер (АСУ ТП), как в классических схемах. Именно поэтому они и называются «интеллектуальные датчики давления.

Устройство интеллекта – микропроцессор, производит математическую обработку информации непосредственно в процессе измерения давления, а также активно управляет процессом измерения. Обработка данных в самом приборе основное отличие интеллектуальных датчиков от других приборов для измерения давления.

На выходе интеллектуальные датчики давления дают аналоговый электрический сигнал и цифровой сигнал совместимый с протоколами HART (наиболее распространенный), Modbus, FieldBus и другими. Либо выходной сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым.

Особенностью интеллектуальных датчиков является то, что давления могут быть запрограммированы в зависимости от требований конкретного производства с учетом его динамики. Наличие микропроцессора позволяет не только повысить точность измерений, но и значительно расширить функции прибора. Такие датчики давления могут обрабатывать и хранить в памяти большие массивы информации, работать в автономном режиме значительный период времени, (до нескольких месяцев), проводить самостоятельную диагностику работы сенсора и самостоятельно корректировать возникающие погрешности.

Наиболее известными производителями интеллектуальных датчиков давления являются такие отечественные производители как промышленная группа «Метран» (Emerson Process Management), «Манометр», «Элемер» и зарубежные компании «Endress & Hauser», «Valcom», «Honeywell», «Yokogawa», «Fisher–Rosemount».

Популярными моделями являются «Метран – 150», датчики высокой технологии DPharpEJX («Yokogawa»), датчики серии АИР («Элемер»), комплексы «САПФИР» («Манометр») и другие. Датчики Метран-100(150) принадлежат промышленной группе «Метран» город Челябинск (Emerson Process Management). Интеллектуальные датчики давления серии Метран-100 и Метран-150 предназначены для измерения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485 следующих входных величин: избыточного давления, абсолютного давления, разрежения, давления-разрежения, разности давлений, гидростатического давления.

Рис. Блок схема интеллектуального датчика