Indicator programabil
Acest articol sau secțiune pe tema metrologiei nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Indicatorul programabil este un instrument indicator electronic capabil să citească diferite tipuri de traductoare și să prezinte măsurarea pe afișajul său deja în unitatea de inginerie de interes.
Aceste instrumente pot fi imaginate ca multimetre care, în loc să afișeze valoarea semnalului electric care iese din traductor, îl procesează pe acesta din urmă în funcție de propriile setări , traducându-l deja în unitatea de inginerie adecvată pentru utilizare de către operator.
Utilizare
Odată cu creșterea utilizării traductoarelor, atât utilizatorii, cât și producătorii de instrumente înșiși și-au dat seama că nu este practic să se facă o măsurare disponibilă ca citire a semnalului electric , obligându-i pe utilizatori să post-proceseze citirea pentru a obține măsura de interes. Prin urmare, exploatând dezvoltarea electronicii, au fost studiate și puse pe piață o gamă largă de instrumente indicatoare care fac măsurarea în unitatea de inginerie disponibilă imediat pe un afișaj.
Să facem un exemplu: Să presupunem că vrem să punem la dispoziția unui operator măsurarea presiunii unui traductor care are un semnal de ieșire de tensiune . O metodă ar putea fi conectarea unui voltmetru la ieșirea traductorului, citirea ieșirii acestuia în volți și lăsarea operatorului să efectueze proporția care permite convertirea citirii anterioare în bare . Mai practic, poate fi utilizat un indicator adecvat care, setat anterior, traduce citirea voltului (în interiorul instrumentului) într-o măsurătoare (deja disponibilă pe afișaj) în bare.
Evident, având în vedere vastitatea tipurilor de traductoare, niciun indicator nu poate interacționa cu toate acestea. Cu toate acestea, există indicatori definiți ca universali care, datorită versatilității lor de reglare și bogăției circuitelor, pot interacționa cu multe tipuri de traductoare, adaptându-se la cele mai bune în citirea semnalelor electrice respective.
Compoziția unui lanț de măsurare
Indicatorii programabili foarte rar integrează senzori, prin urmare, pentru a efectua măsurători, aceștia trebuie să fie cuplați la traductoare electrice / electronice externe, compunând efectiv un lanț real de măsurare :
- traductorul este aplicat măsurandului și generează un semnal electric proporțional cu acesta din urmă;
- conexiunile electrice transportă semnalul de la ieșirea traductorului la intrarea indicatorului;
- pe baza setărilor sale, indicatorul citește semnalul electric și îl prelucrează, transformându-l într-o măsurare în unitatea de inginerie de interes;
- indicatorul pune măsurarea la dispoziția utilizatorului pe afișajul său.
Setare și programare
După cum sa menționat, pentru ca indicatorii să traducă semnalul electric al traductorului în unități de inginerie, acestea trebuie să fie setate în prealabil în acest scop.
Setarea poate fi realizată atât cu ajutorul ajustărilor hardware (comutatoare, comutatoare, potențiometre, trimmer, ....), cât și cu ajutorul setărilor software (programarea parametrilor disponibili de firmware-ul instrumentului).
În orice caz, punctul de plecare este cunoașterea transcaratteristicii traductorului, și anume relația care există între mărimea fizică măsurată de traductor și semnalul său de ieșire. Acest lucru ne poate fi cunoscut din manual (furnizat de producătorul traductorului) sau din raportul de calibrare (furnizat de un laborator care a efectuat caracterizarea metrologică).
Setarea oferă indicatorului două tipuri de informații:
- informațiile necesare pentru a interacționa corect cu semnalul electric al transductorului (tipul semnalului electric, scala completă electrică care trebuie utilizată, filtrare, surse de alimentare etc.);
- informațiile care permit translația corectă a semnalului electric în unitatea de inginerie (cum ar fi unitatea de inginerie, sensibilitatea nominală a traductorului, punctele de calibrare, factorii de scară etc.).
Cu cei mai avansați indicatori, programarea parametrilor poate fi realizată de procesoare la distanță, prin conexiuni standard (RS232, USB și altele). Acest lucru vă permite să păstrați setările și reduce erorile operatorilor atunci când apare nevoia aplicației.
Funcții suplimentare opționale
Odată cu dezvoltarea integrării electronice a fost posibil să existe circuite ieftine și de dimensiuni mici, acest lucru a afectat și instrumentația: treptat a pus la dispoziție pe instrumente mici, funcții proiectate inițial pentru sisteme mai mari și mai scumpe.
Astfel, micii indicatori programabili, concepuți inițial pentru a ajuta la citirea traductoarelor, au fost adesea îmbogățiți cu o serie întreagă de funcții suplimentare care le extind posibilitățile și funcțiile. Astăzi, navigând într-un catalog de producători, sunt prezentați indicatori relativ ieftini, pe care sunt oferite multe opțiuni, care pot fi exploatate pentru funcții mai complexe decât simpla afișare a măsurilor.
Enumerăm cele mai comune funcții suplimentare:
- Alarme . În mulți indicatori, pot fi setate praguri de alarmă, astfel încât atunci când valoarea citită depășește aceste praguri, activează ieșirile digitale, utile pentru semnalizarea și controlul evenimentului. Acești indicatori de fapt pot înlocui controlerele în aplicații simple de control al procesului.
- Ieșiri analogice . Unii indicatori pun la dispoziție (printr-o ieșire analogică normalizată) un semnal electric proporțional cu măsurarea în unitatea de inginerie, util pentru înregistrarea lor pe un instrument de înregistrare . Acești indicatori pot înlocui condiționatoarele de semnal deseori necesare pentru interfața traductoarelor cu instrumentele de înregistrare.
- Porturi de comunicare . După cum sa menționat deja în paragraful anterior, cei mai avansați indicatori au porturi de comunicații pentru conectarea la procesoare la distanță (de exemplu RS232, IEEE 488 și altele mai recente). Acestea permit, pe lângă programarea la distanță menționată mai sus a indicatorului, și achiziționarea valorii măsurate de pe un computer. Prin urmare, sistemele de acest tip pot constitui (deși limitate) un sistem de achiziție de date.
Tipologie
După cum sa menționat deja, există o mare varietate de indicatori programabili, tocmai pentru că trebuie să satisfacă nevoile legate de interfața cu diferite tipuri de traductoare și cu particularitățile aplicației.
Există diferite modalități de a împărți și clasifica aceste instrumente, de exemplu pe baza particularităților aplicației (de exemplu, cu alarme, fără alarme ...) sau pe tipul de traductoare pentru care au fost proiectate (de exemplu, pentru termocupluri, pentru celulele de încărcare, ...). Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că indicatorii proiectați pentru anumite traductoare pot citi și alte tipuri, atâta timp cât semnalul este compatibil cu intrarea lor. Exemplu: mulți indicatori proiectați pentru a citi celulele de sarcină sunt capabile să citească unele tipuri de traductoare de presiune, deoarece au în comun un senzor bazat pe o punte Wheatstone .
Mai jos este o clasificare bazată pe tipul de semnal electric pe care indicatorul îl poate citi.
Voltaj
Majoritatea traductoarelor generează un semnal analogic de tensiune proporțional cu cantitatea măsurată; prin urmare, majoritatea indicatorilor programabili sunt de asemenea proiectați pentru a citi acest tip de semnal.
Problema este că, în funcție de tipul traductorului, tensiunile implicate variază de la fracțiuni de milivolți la zeci de volți; în plus, este adesea indicatorul care trebuie să furnizeze energie traductorului și acesta variază, de asemenea, în funcție de tipul traductorului.
Din fericire, dezvoltarea indicatorilor universali a făcut posibilă dispunerea de echipamente flexibile, echipate cu diferite scale complete, care permit să nu se piardă prea mult în rezoluția citirii. În unele, de asemenea, este posibil să alegeți între diferite valori de tensiune pentru sursa de alimentare a traductorului.
Există unele cazuri extreme, legate de natura semnalului sau de precizia necesară în măsurare, care necesită indicatori specializați, nu foarte flexibili în utilizare, dar potriviți pentru rezolvarea acestor probleme particulare.
Un caz tipic sunt indicatorii specializați în citirea termocuplurilor . Aceste instrumente sunt forțate să citească tensiuni foarte mici (cel mult câteva zeci de milivolți) și trebuie să aibă grijă deosebită pentru materialul conexiunilor, să monitorizeze temperatura pentru compensarea joncțiunii reci și să filtreze corespunzător semnalul (deja aproape în sine la zgomotul de fond). Mai mult, termocuplurile au caracteristici trans care sunt altele decât liniare, care necesită (pentru măsurători de precizie) utilizarea unor tabele precise de calibrare integrate în firmware-ul indicatorului.
Un alt caz sunt indicatorii utilizați pentru citirea celulelor de sarcină atunci când sunt necesare măsurători de precizie. Și acestea trebuie să citească tensiuni foarte mici și să filtreze corespunzător semnalul (aproape de zgomotul de fond); în plus, trebuie să acorde atenție calității tensiunii destinate alimentării celulei de sarcină: orice discrepanță a acesteia din urmă generează în mod direct variații ale semnalului de ieșire de la traductor și, prin urmare, inexactități în măsurare.
Actual
Unele traductoare generează un semnal analogic de curent, care este, de asemenea, proporțional cu cantitatea măsurată. Acest format de semnal are unele avantaje față de cele în tensiune:
- este mai imun la perturbări electromagnetice;
- permite instrumentului indicator să înțeleagă starea conexiunii la traductor (și să raporteze orice scurtcircuit sau întrerupere);
- dacă starea conexiunii nu este optimă, nu afectează precizia semnalului.
Pe de altă parte, acest tip de semnal necesită, cu aceeași precizie, traductoare și instrumente indicatoare cu circuite mai complexe și mai scumpe.
Aproape toți acești traductori adoptă un format de semnal cunoscut sub numele de 4-20 mA , unde cea mai mică valoare citită de traductor se traduce într-un semnal electric de 4 mA, iar cea mai mare valoare într-un semnal de 20 mA.
Rezistență
Un număr limitat de traductoare își modulează conductivitatea în funcție de mărimea măsurată. În practică, indicatorii pentru citirea acestor traductoare pot fi imaginați ca ohmmetre care traduc valoarea rezistenței în unitatea tehnică a cantității.
Un caz tipic îl constituie indicatorii specializați în citirea termorezistențelor . Aceste instrumente detectează rezistența unui element care variază din urmă în funcție de propria temperatură; elementul ia forma unei sonde care este pusă în contact direct cu măsurandul.
Digital
Mai mulți traductori generează un semnal electric digital, care este, de asemenea, proporțional cu cantitatea măsurată. În aceste instrumente semnalul poate lua diferite forme:
- ca stare logică a unui anumit număr de ieșiri (de ex . codificator de cod gri );
- ca un tren de impulsuri, a căror frecvență este proporțională cu cantitatea măsurată;
- ca o serie de impulsuri, al căror număr total este proporțional cu cantitatea măsurată.
Majoritatea acestor traductoare au semnale compatibile TTL la ieșire: adică semnale digitale unde nivelul scăzut (nivel logic "0") este reprezentat de o valoare a tensiunii între 0 și 0,5 V, în timp ce nivelul ridicat (nivel logic "1") este reprezentată de o valoare cuprinsă între 3 și 5 V.
Este interesant de observat că același tip de traductor poate, în funcție de aplicație, codifica o cantitate sub forma frecvenței impulsurilor sau alta ca totalul acesteia din urmă. Exemplu: o linie optică în mișcare are o frecvență a impulsului proporțională cu viteza sa, în timp ce numărul de impulsuri este proporțional cu deplasarea sa.
Din nou, au fost concepute multe tipuri de indicatori care pot citi aceste semnale și le pot traduce într-o măsurătoare care este ușor de înțeles de către utilizator. trebuie remarcat faptul că utilizarea indicatorilor este foarte necesară atunci când se utilizează traductoare digitale; de fapt, aproape toate aceste traductoare generează ca semnal trenuri cu impulsuri lungi și rapide pe care niciun operator nu le poate număra și care pot fi numărate doar cu ajutorul unui instrument indicator special. Acesta este motivul pentru care aceste instrumente sunt numite și contoare programabile .
În paralel cu cele spuse anterior, aceste instrumente pot fi imaginate ca măsurători de frecvență sau contoare care, în loc să afișeze frecvența sau totalul impulsurilor electrice care ies din traductor, le traduc deja în unitatea de inginerie adecvată pentru a fi utilizate de către operatorul.
De asemenea, în acest caz, există pe piață dispozitive flexibile care, în funcție de modul în care au fost setate, permit să funcționeze atât în modul de măsurare a frecvenței , cât și în modul totalizator , adaptându-se la nevoile aplicației.
În cele din urmă, un caz particular sunt instrumentele definite ca indicatori bidirecționali sau contoare bidirecționale : sunt indicatori programabili capabili să citească traductoare de deplasare bidirecțională (cum ar fi multe codificatoare sau scale optice ). Pentru a face acest lucru, traductorul generează două semnale ușor defazate între ele, pe care instrumentul indicator este capabil să facă considerații adecvate, permițându-i să reconstruiască deplasarea atât în termeni cantitativi, cât și în direcție.
Porturi de comunicare
Recent au apărut pe piață traductoare care ies direct cu un port de comunicație standard (de exemplu IEEE 488 sau CANbus) pentru a putea interacționa direct cu un computer la distanță. Această soluție este adoptată atunci când este deja prevăzută o citire la distanță a traductorului sau în zone în care există perturbări electromagnetice ridicate.
Deși această soluție este concepută pentru a se conecta direct la PC-uri sau instrumente de achiziție de date, este probabil ca, odată cu dezvoltarea aplicațiilor, să apară indicatori care să vă permită interfața directă cu acești traductori. Particularitatea acestei soluții este că singura setare care trebuie efectuată pe instrumentul indicator se referă la protocolul de comunicație, deoarece acești traductori transmit (codifică) valorile de măsurare deja convertite în unitatea de inginerie a măsurandului.
Structura
De exemplu, propunem schema bloc a unui indicator universal completat cu principalele funcții opționale:
- figura 1
Inima echipamentului constă dintr-un circuit cu microprocesor ( MICRO ), care se ocupă de:
- a traducerii citirii „electrice” într-o măsură din unitatea de inginerie;
- gestionarea și stocarea diferitelor setări;
- controlul intrărilor și ieșirilor;
- a managementului general al instrumentului.
Setările și setările sunt realizate de operator prin intermediul panoului de control ( PANEL ), care în cele mai simple cazuri poate consta doar din câteva butoane.
Traductorul extern ( TRASD ) generează un semnal electric care este trimis către o secțiune numită „condiționator de semnal” ( COND ), care este responsabil pentru amplificarea și filtrarea semnalului în funcție de setările prevăzute. Semnalul va fi astfel cel mai potrivit pentru convertorul digital-analog ( DAC ); acesta din urmă are grijă să transforme semnalul analog într-o valoare numerică digitală, pe care microprocesorul o poate gestiona.
Microprocesorul efectuează traducerea într-o valoare în unități de inginerie și comandă DISPLAY-ul să o prezinte utilizatorului. În cele din urmă, aceeași valoare poate fi trimisă unei achiziții de date externe ( REGIST ), după transformarea într-un semnal analog printr-un convertor digital-analog ( ADC ) sau către un procesor la distanță ( PC ) printr-o interfață de comunicație ( INTERF ) .
Dacă indicatorul gestionează alarmele, microprocesorul verifică prezența acestor evenimente și le semnalează controlerelor externe ( CONTR ) prin circuite de interfață simple ( ALARM ).
Echipamentul este completat de un circuit de alimentare ( ALIM ) adecvat pentru alimentarea tuturor circuitelor interne, precum și pentru alimentarea traducătorului la care este cuplat.
