Описание и работа датчика давления Метран-49

17.9.1 Назначение

17.9.1.1 Коррозионностойкие датчики давления (в дальнейшем датчики) Метран-49, Метран-49-Ех, Метран-49-Вн предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного, разрежения, давления-разрежения, разности давлений нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи и цифровой сигнал на базе НАRТ-протокола.

Датчики имеют как обыкновенное, так и взрывозащищенное исполнения.

Датчики Метран-49-Вн, Метран-49-Ех предназначены для установки во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок

Датчики относятся к изделиям ГСП.

Датчики предназначены для работы с вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, воспринимающими стандартные сигналы постоянного тока 0-5 или 0-20 или 4-20 мА и цифрового сигнала на базе НАRТ-протокола.

Рисунок 17.1 – Метран-49-В-ДД

Датчики с НАRТ-протоколом (код МП2, МПЗ) могут передать информацию об измеряемой величине в цифровом виде по двухпроводной линии связи вместе с сигналом постоянного тока 4-20 мА. Этот цифровой сигнал может приниматься и обрабатываться любым устройством, поддерживающим протокол НАRТ. Цифровой выход может также использоваться для связи датчика с портативным ручным НАRТ-коммуникатором или с персональным компьютером через стандартный последовательный порт и дополнительный НАRТ-модем, при этом может выполняться настройка датчика, выбор его основных параметров, перестройка диапазонов измерений, корректировка "нуля" и ряд других операций. НАRТ-протокол допускает в системе наличие двух управляющих устройств: системы управления и ручного коммуникатора. Эти два управляющих устройства имеют разные адреса и следовательно Метран-49 (код МП2, МПЗ) может распознать и выполнить команды каждого из них.

Таким образом, по двухпроводной связи передается два типа сигналов - аналоговый сигнал 4-20 мА и цифровой сигнал на базе протокола НАRТ, который накладывается на аналоговый выходной сигнал датчика, не оказывая на него влияния.

17.9.2 Технические данные

17.9.2.1 Наименование и обозначение датчика, максимальный верхний предел измерений или диапазон измерений модели Р_тах, минимальный верхний предел измерений или диапазон измерений модели Р_МИН, предельно допускаемые рабочие избыточные давления для датчиков ДД, верхние пределы измерений, модель датчика, по ГОСТ 22520-85 – «Датчики давления, разрежения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами ГСП. Общие технические условия», приведены в таблице 19.1.

Датчики являются многопредельными и настраиваются на верхний предел измерений или диапазон измерений от Р_МИН до Р_тах (таблица 19.1). Датчики могут быть настроены на верхний предел измерений или диапазон измерений по стандартному ряду давлений ГОСТ 22520 - 85 или на верхний предел или диапазон измерений, отличающийся от стандартного.

При выпуске предприятием-изготовителем датчик настраивается (датчики с кодом предела допускаемой основной погрешности 015) или программируется (датчики с кодом предела допускаемой основной погрешности 025, 050 ,100) на верхний предел измерений в соответствии с заказом и выбирается из значений, указанных в таблице 17.1.

Таблица 17.1- Верхние пределы измерений по ГОСТ 22520 – 85

П р и м е ч а н и я: 1 - Р_max – максимальный верхний предел измерений для данной модели датчика (суммы абсолютных максимальных значений верхних пределов измерений избыточного давления (Р_{изб.давл}) и разрежения (Р_раз) для датчиков ДИВ).Р_в – верхний предел измерений датчика выбранный в соответствии с графой 7 таблиц 3,4 и графой 8 таблицы 6, для датчиков ДИВ – сумму абсолютных значений верхних пределов измерений избыточного давления и разрежения 9 графы 7 и 8 таблицы 5)

2 - g % = ±0,4% - Предел допускаемой основной погрешности

для моделей 9120, 9220, 9320, 9420, 9130, 9230, 9430.

17.9.2.2 Датчики Метран – 49 всех исполнений имеют линейно-возрастающую или линейно-убывающую зависимость выходного сигнала от входной измеряемой величины (давления).

Датчики разности давлений, предназначенные в соответствии с заказом для измерения расхода жидкости, газа или пара по величине переменного перепада давления на сужающем устройстве трубопровода, могут иметь зависимость выходного сигнала пропорциональную корню квадратному из значений входной измеряемой величины - перепада давления.

Рисунок 17.2 - Датчики Метран-49

17.9.3 Устройство и работа датчика

17.9.3.1 Датчик состоит из преобразователя давления (в дальнейшем - сенсорный блок) и электронного преобразователя. Датчики различных параметров имеют унифицированный электронный преобразователь.

Измеряемый параметр подается в камеру сенсорного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента, вызывая при этом изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в сенсорном блоке.

Электронный преобразователь датчика преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

Взрывоопасная зона Взрывобезопасная зона

П р и м е ч а н и е:

1 БП – блок питания (например Карат-22, Метран-602, Метран – 604)

2 R_с – суммарное сопротивление всех нагрузок в системе управления определяется параметрами барьера, но не менее 250 Ом

3 Барьер искрозащиты, например D1010S, D1010D, 9303/13

Рисунок 17.3 - Электронный микропроцессорный преобразователь с индикатором (МПЗ)

Рисунок 17.4 - Сенсорный блок преобразователя

Сенсорный блок преобразователя состоит из корпуса 1, в верхней части которого закреплен тензопреобразователь 2.

К нижней части корпуса приварена разделительная мембрана 3. Внутренняя часть корпуса между мембраной 3 и тензопреобразователем 2 заполнена жидкостью.

К верхней части корпуса крепится электронный преобразователь 4.

Измеряемое давление воздействует на разделительную мембрану 3 и вызывает ее прогиб. Давление через жидкость передается на измерительную мембрану тензопреобразователя 2 и вызывает ее деформацию.

Электрический сигнал, возникающий от деформации измерительной мембраны, передается на электронный преобразователь 4 и преобразуется в стандартный токовый выходной сигнал.

17.9.3.2 Функционально электронный преобразователь состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), источника опорного напряжения, блока памяти АЦП, микроконтроллера с блоком памяти, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), стабилизатора напряжения, фильтра радиопомех и блока регулировки и установки параметров для преобразователя с кодом МП, МП1 или НАRТ-модема для преобразователей с кодом МП2, МПЗ. Кроме того в электронные преобразова-

тели с кодом МП1 и МПЗ входит ЖКИ.

Конструктивно АЦП, источник опорного напряжения и блок памяти АЦП размещаются на плате АЦП, которая объединяется с измерительным блоком в сборочную единицу - сенсорный блок.

Остальные элементы функциональной схемы размещаются в корпусе электронного преобразователя.

Электронные преобразователи МП2, МПЗ и МП, МП1 размещены внутри корпуса 10. Корпус закрыт крышками 5, 11, уплотненными резиновыми кольцами. Крышки датчиков Метран-49-Вн, Метран-49-Ех стопорятся скобой 13с установкой пломбы. Преобразователь имеет сальниковый ввод 7 или вилку штепсельного разъема (в зависимости от заказа, для датчиков Метран-49, Метран-49-Ех), клеммную колодку 6 для подсоединения жил кабеля, винт 12 для подсоединения экрана, в случае использования экранированного кабеля, болт 8 для заземления корпуса, внешнюю кнопку 15 для корректировки начального значения выходного сигнала.

Плата АЦП принимает аналоговые сигналы преобразователя давления, пропорциональные входной измеряемой величине (давлению) (11_р) и температуре (Ц), и преобразовывает их в цифровые коды. Энергонезависимая память предназначена для хранения коэффициентов коррекции характеристик сенсорного блока и других данных о 33 сенсорном блоке.

Микроконтроллер, установленный на микропроцессорной плате, принимает цифровые сигналы с платы АЦП вместе с коэффициентами коррекции, производит коррекцию и линеаризацию характеристики сенсорного блока, вычисляет скорректированное значение выходного сигнала датчика и передаёт его в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Цифро-аналоговый преобразователь преобразует цифровой сигнал, поступающий с микроконтроллера, в выходной аналоговый токовый сигнал.

Блок регулирования и установки параметров предназначен для изменения параметров датчика. Элементами настройки являются кнопочные переключатели, расположенные под крышкой.

При помощи кнопочных переключателей блока управления и регулирования параметров и цифрового индикатора можно работать с датчиком в следующих режимах:

1) Контроль измеряемого давления;

2) Контроль и настройка параметров;

3) Калибровка датчика.

Параметры и символы режимов настроек датчика отображаются на дисплее индикатора.

Датчик проводит непрерывную самодиагностику. В случае возникновения неисправности датчик формирует предупредительный аналоговый сигнал. Для контроля, настройки параметров, выбора режимов работы и калибровки датчиков используется индикаторное устройство.

Индикаторное устройство может быть установлено в корпусе электронного преобразователя и подключено к плате микропроцессорного электронного преобразователя (датчик с кодом МП1, МПЗ).

Индикаторное устройство может быть выполнено в виде отдельного устройства выносной индикатор (ВИ) и подключаться с помощью разъема (для датчиков с микропроцессорным электронным преобразователем МП).

Примечание - Применение в датчиках Метран-49-Вн с кодом МП выносных индикаторных устройств возможно только с учетом особых условий их эксплуатации.

На дисплее индикатора датчика с кодом МП1, МПЗ или на дисплее ВИ или НАRТ-коммуникатора в режиме измерения давления отображается величина измеряемого давления в цифровом виде в установленных при настройке единицах измерения или в процентах от калиброванного диапазона измерений.

Электрическая схема электронного преобразователя МП, МП1, МП2, МПЗ позволяет осуществлять контроль выходного сигнала без разрыва сигнальной цепи. Цепь для подключения контрольного прибора выведена на клеммы «тест» 1 и 2. Измерение производится вольтметром, максимальному выходному току (20 мА или 5мА) соответствует напряжение 200 мВ.

Погрешность контроля выходного сигнала при контроле без разрыва сигнальной цепи не более 2 %.

Общие сведения о коммуникаторе HАRТ

Ручной коммуникатор HАRТ представляет собой портативный контроллер и осуществляет обмен данными с любым устройством, поддерживающим HАRТ протокол, при подсоединении к любым клеммам цепи 4-20 мА при условии, что сопротивление нагрузки между коммуникатором и источником питания составляет не менее 250 Ом. Коммуникатор использует принцип частотной модуляции для передачи цифрового сигнала. Эта технология заключается в наложении высокочастотного цифрового коммуникационного сигнала на стандартный токовый сигнал датчика 4-20 мА.

17.9.4 Измерение параметров, регулирование и настройка датчиков с кодом МП2, МПЗ

Измерения параметров, регулирование и настройка датчиков с кодом МП2, МПЗ могут проводиться как с помощью системных средств АСУТП, так и НАRТ-коммуникатором (Метран-650, НС-275).

Датчик Метран-49 полностью соответствует протоколу HАRТ, поэтому работать с ним можно при помощи любого HАRТ сертифицированного прибора.

Для измерения параметров, регулирования и настройки датчиков при помощи системных средств АСУТП рекомендуется использовать НАRТ-модем (например, НАRТ/К8232) и программное обеспечение Н-МА8ТЕК разработки ПГ «Метран», которое поставляется по отдельному заказу.

В датчиках можно выполнить калибровку «нуля» внешней кнопкой, расположенной на корпусе электронного преобразователя. Операция калибровки «нуля» внешней кнопкой выполняется при давлении на входе в датчик, равном нулю.

17.9.5 Работа с коммуникатором Метран – 650

Коммуникатор Метран – 650 позволяет использовать возможности датчиков Метран-49 в аналоговых АСУТП, которые не поддерживают протокол НАКТ.

Коммуникатор взаимодействует с датчиком по протоколу НАRТ. Этот протокол использует принцип частотной модуляции. НАRТ - составляющая не влияет на сигнал 4 - 20 мА, т. к. синусоида, формирующая цифровой сигнал, имеет небольшую амплитуду(±0,5 мА), а ее среднее значение равно нулю.

Коммуникатор может быть подключен к датчику в любой точке токовой петли: на пульте управления, измерительном стенде или непосредственно к датчику.