При обслуживании и ремонте систем КИП автоматики часто возникает необходимость имитировать выходной сигнал датчика с токовым выходом, датчика термосопротивления или датчика с выходным сигналом напряжения.
Такая необходимость возникает, например, при пуско-наладочных работах, выходе из строя датчика, проверке срабатывания схем сигнализации, входящих в состав автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Способы имитации выходного сигнала датчиков
Профессионалы советуют имитировать выходной сигнал датчиков с токовым выходом с помощью специальных калибраторов токовой петли. Они позволяют установить значение тока с высокой точностью.
Если калибратора токовой петли под рукой нет, то задать нужный ток можно либо с помощью переменного резистора (для имитации датчика с пассивным токовым выходом), либо с помощью батареи и переменного резистора (для имитации датчика с активным токовым выходом).
С помощью переменного резистора проще всего имитировать выходной сигнал датчика 4–20 мА.
При этом номинал переменного резистора (значение его максимального сопротивления) подбирается исходя из величины напряжения питания (+U пит) на входных клеммах вторичного прибора и минимальной величины тока, которую мы планируем имитировать. Например, при напряжении +U пит равном 24 В и минимальном имитируемом токе 4 мА нужен резистор сопротивлением не ниже 6 кОм с параметрами 24 В, 4 мА. Обычно резисторы с номиналом ровным 6 кОм не выпускают, поэтому надо использовать резисторы на 6,2 кОм из стандартного ряда номиналов или несколько больше. Не будет большой проблемой если использовать резистор и на 10, 22, 51 кОм, но в этом случае сложнее будет установить требуемый ток, так как даже небольшой поворот оси резистора будет приводить к значительному изменению сопротивления и, следовательно, выходного тока.
Имитация выходного сигнала датчиков с помощью калибраторов токовой петли
Имитация выходного сигнала датчиков с помощью переменного резистора
Профессионалы советуют учитывать то, что с помощью переменного резистора неудобно проводить имитацию датчиков с выходными параметрами от 0–5 и 0–20 мА, особенно значения выходного тока, близкие к нулю. В этом случае требуется высокая точность задания тока.
При использовании резистора в качестве задатчика номинала тока необходимо помнить о том, что при одном из его крайних положений, когда сопротивление резистора равно нулю, ток в измерительной цепи может существенно превышать допустимые 5 или 20 мА. В некоторых случаях это может привести к выходу из строя входного канала вторичного прибора, если в нем нет ограничения величины входного сигнала, или другой внешней аппаратуры.
Для исключения эффекта перегрузки входа профессионалы рекомендуют последовательно с переменным резистором подключить постоянный резистор. Номинал этого резистора зависит от напряжения +U пит вторичного прибора и величины максимального тока, например, 24 мА. По закону Ома номинал такого резистора будет равен 1 кОм с параметрами 24В, 4мА.
Имитации токового сигнала датчика с активным выходом
Для имитации токового сигнала датчика с активным выходом кроме переменного резистора потребуется еще и внешний источник электрического питания (батарейка, аккумулятор, блок питания). Величина напряжения данного источника питания не должна быть меньше, чем указано в руководстве по эксплуатации для вторичного прибора. Величина напряжения источника питания не должна быть больше, чем указано в руководстве по эксплуатации, – иначе может выйти из строя вход вторичного прибора.
Полярность включения внешнего источника питания также зависит от схемотехники входного канала вторичного прибора. Для ограничения максимального тока в цепи профессионалы рекомендуют использовать ограничительный постоянный резистор, включенный последовательно с переменным резистором.
Для имитации выходного сигнала датчика с выходным сигналом напряжения 0–1; 0–5 или 0–10 В также понадобится переменный резистор и источник питания. Но в данном случае резистор подключают параллельно батарейке. Он выполняет не функцию шунта, а функцию делителя напряжения. Номинал резистора может быть любым, но, желательно, достаточно большим, чтобы уменьшить величину потребляемого от источника питания тока и не шунтировать высокое входное сопротивление вторичного прибора. Рекомендуемый номинал переменного резистора – от 10 до 200 кОм и более.
Имитация выходного сигнала датчиков с активным выходом
Напряжение источника питания (батарейки, блока питания) по возможности должно быть чуть больше, чем максимальное значение имитируемого сигнала.
При имитации сигнала 0–1 В в качестве источника питания рекомендуется использовать одну батарейку или аккумулятор типа АА напряжением 1,5 или 1,2 В соответственно. Для получения сигнала 0–5 В нужны четыре батарейки по 1,5 В или аккумулятор на 6 В, для сигнала 0–10 В – один аккумулятор на 12 В.
В качестве задатчика напряжения также можно использовать блок питания постоянного тока с регулируемым выходным напряжением в пределах 0–10 В.
Имитация подключения датчика термосопротивления для измерения температуры осуществляется с помощью одного переменного резистора.
В зависимости от схемы подключения (двухпроводная, трехпроводная, четырехпроводная) схема подключения будет несколько отличаться.
Имитация основных градуировок датчиков термосопротивления
Для имитации работы основных градуировок датчиков термосопротивления 100П, 50П, Pt100, Pt50, Cu100, Cu50, 50М, 100М в диапазоне температур от –50 до +300 °С будет достаточно номинала резистора 220 Ом.
Профессионалы советуют необходимую схему подключения переменного резистора к входным клеммам вторичного прибора уточнить в руководстве по эксплуатации вторичного прибора, учитывая, что перемычки выполняют роль компенсационных жил.
Как пример, можно представить способы имитации наличия сигналов от датчиков с токовыми выходами 0–5; 0–20 или 4–20 мА (с пассивным или активным выходом), датчиков с выходным сигналом напряжения 0–1; 0–5 или 0–10 В и датчиков термосопротивления (с двухпроводной, трехпроводной и четырехпроводной схемой подключения).
В качестве переменных резисторов во всех приведенных выше схемах лучше применять многофункциональные переменные или подстроечные резисторы. В этом случае подобрать нужное значение тока или сопротивления будет намного проще. Для имитации сигналов от датчиков лучше использовать специальные калибраторы токовой петли.
Имитация основных градуировок датчиков термосопротивления