Все чаще нам задают вопросы, касающиеся трех- и четырехпроводной схемы резистивных датчиков. Самый типичный вопрос звучит так: "По какой схеме: трех- или четырехпроводной - подключать датчики к Вашей системе?"

Типичный ответ гласит:

• Micronik 100:           двухпроводная схема;

• Excel DDC:  двух- и трехпроводная схема (только Pt100);

• DeltaNet Peer:          двухпроводная схема;

• Excel 500:                двух- и трехпроводная схема (только с предвключенным XSI100).

ТАКОЙ ПОДХОД НЕДОПУСТИМ!

В чем, собственно, состоит вопрос?

Ниже мы попытаемся привести некоторые разъяснения по данной теме и заложить основу для разумной аргументации, с тем чтобы можно было правильно ответить на приведенный выше вопрос с профессиональной точки зрения.

Постановка задачи сводится к тому, чтобы добиться максимально точной и стабильной регулировки, т. е. того, чтобы фактическое значение максимально приближалось к заранее заданну. Это предопределяется целым рядом элементов, входящих в состав контура регулирования.

Целью измерения является максимально точная регистрация желаемой температуры (фактического значения).

Принцип работы и конструкция системы

И то и другое является предметом забот изготовителя и проектировщика системы, поэтому далее мы не будем подробно останавливаться на этих аспектах.

Исполнительные элементы

Здесь уместно сделать несколько замечаний:

а) Исполнительные элементы должны обладать такой характеристикой регулирования, которую бы еще был в состоянии "переварить" исполнительный двигатель. Путь регулирования должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить нормальное разрешение. (Попытки регулировать один из запорных клапанов не могут помочь достижению хорошего результата);

 

б) Необходимо правильно задать размеры исполнительных элементов. Если, например, регулировочный клапан сделать слишком большим, он будет преимущественно работать в наиболее плохо регулируемой области (область слабой нагрузки) и нередко может стать причиной нестабильной работы контура регулирования.

Система регулирования / Способ регулирования

Способ регулирования должен выбираться в соответствии с желаемым качеством регулирования (П, ПИ, ПИД, ступенчатое регулирование, включение величин возмущающего воздействия).

В цифровых системах автоматического регулирования точность системы определяют аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Чем выше число двоичных разрядов, приходящихся на аналоговый сигнал в его диапазоне,  тем выше разрешение и тем выше точность.

Примечание: благодаря возможности регулировки диапазона измерений на аналоговых входах, которую обеспечивает регулятор Peer Controller серии DeltaNet, удается добиться оптимального разрешения для аналогового сигнала.

Место и способ установки датчика

Для поддержания рабочей характеристики и эффективности контура регулирования этот фактор является определяющим. При монтаже важно обращать внимание на то, чтобы исключить возмущающие воздействия (например, при установке комнатного датчика не монтировать его в зоне попадания прямых солнечных лучей) и на самом деле получить именно ту величину,  которую необходимо отрегулировать (например, установить комнатный датчик в таком месте, где его будет обтекать подлежащий регулировке воздух внутри помещения, а не в углу, где воздух практически застаивается).

Выбор типа датчика

Точность измерительного датчика обычно находится в прямом соотношении с его ценой; чем выше точность измерения, тем выше расходы на производство. Нет никакого смысла в приобретении дорогого датчика чрезвычайно высокой точности, если по всем иным указанным выше пунктам не выполняются такие же требования в отношении класса точности. Для того чтобы добиться наиболее выгодного соотношения "цена - качество", важно, чтобы точность измерений, производимых датчиком, была приведена в соответствие с точностью, которая требуется для данной измеряемой величины.

Важным моментом является выбор оптимальной конструкции датчика (например, в камерах со смешения составом воздуха при больших сечениях канала слоистое строение воздуха исключает использование датчика, измеряющнго в точке. Однозначно, что в этом случае усредняющий капиллярный датчик даст более адекватный результат).

Время срабатывания датчика также определенным образом сказывается на качестве регулирования. 

Влияния измерительных линий датчика

Линии связи (между датчиком и регулятором) представляют собой сопротивление, которое в измерительном датчике сопротивления искажает измеренное значение. Это сопротивление не является постоянной величиной, но зависит, хотя и в меньшей степени, чем сам датчик, от температуры окружающей среды.

Значение сопротивления  линии связи при определенном значении температуры компенсируется на регуляторе (для достижения наилучших результатов при регулировании эта операция проводится при заданном значении температуры).

Соотношение между возможным изменением сопротивлением  линии связи и значением сопротивления самого датчика, а также температурный коэффициент датчика определяют точность измерения на входе регулятора.

Пример:

• Пусть имеется линия : 150м, IY(St)Y 2 x 2 x 0,8

 

• Сопротивление  линии при 20°C:

 

R = Длина : (Проводимость x Площадь поперечного сечения)
 

R = (2 x 150) : (56 x 2 x π0,4) = 5,33 Ом

При изменении температуры по всей длине  линии на 30K это будет означать, следующее изменение сопротивления  линии:

δR = Сопротивление при 20°C x Температурный коэффициент x Разность температур

 

δR = 5,33 x 0,004 x 30 = 0,639 ≈ 0,64 Ом

При температурном коэффициенте датчика, равном 0,38 Ом/K (Pt100) это соответствует величине искажения измеряемого значения в 1,7K.

При температурном коэффициенте датчика, равном 2,16 Ом/K (Balco 500) это соответствует величине искажения измеряемого значения в 0,3K.

В датчике Pt100 точность существенно страдает из-за колебаний температуры на его измерительных линиях. При трехпроводной схеме влияние измерительных линий очень незначительно. Поэтому в датчиках этой модели применяется трехпроводная схема.

Общее правило гласит: чем выше собственное сопротивление и чем выше температурный коэффициент  измерительного датчика, тем меньше влияние  линии связт датчика на результат измерения.

Примечание: Даже промышленность, предъявляющая высокие требования к такого рода технике, все чаще переходит на датчики, имеющие высокие значения сопротивления, например Pt1000.

 Принципиальная схема измерительного моста с линией связи по двухпроводной схеме

Принципиальная схема измерительного моста с линией связи по трехпроводной схеме

Трехпроводная схема вовсе не означает, что калибровка измерительного входа абсолютно не нужна. Ведь при этом компенсируются только влияния измерительных линий.

Калибровка необходима также для того, чтобы скомпенсировать производственные допуски и явления старения, которым подвергся измерительный датчик.

Здесь мы коснулись лишь некоторых отдельных моментов, чтобы показать, насколько непросто ответить на вопрос о точности. Поэтому, отвечая на вопрос о трехпроводной схеме, нельзя отговориться простым "да" или "нет". Ответ на него следует давать только с учетом всех факторов.

Не дайте загнать себя в угол аргументом, что, мол, конкурирующая фирма обладает более высокой техникой, потому что может использоваться трехпроводную схему.

И для серии DeltaNet на основе специальной программы можно организовать трехпроводную схему. Недостаток, как и в случае с EXCEL DDC, состоит в том, что для этого требуются 2 аналоговых входа. За счет этого значительно увеличиваются расходы на одну точку измерения, что может невыгодно повысить цену предложения в сравнении с конкурентами.

Может быть, ответ на поставленный в начале вопрос следовало бы начать  так:

Почему Вы считаете применение трехпроводной схемы обязательно необходимым?

 

Что даст Вам трехпроводная схема?

 

 Источник: Honeywell