Пристрої нормалізації сигналів

Нормалізацією вважають будь-яке перетворення сигналів з аналогових датчиків, окрім їх посилення і аналого-цифрового перетворення. Пристрої нормалізації є найпершими засобами обробки сигналів на шляху від датчиків технологічних параметрів до оператора або виконавчого механізма, що впливає на технологічний процес.

Головними причинами, що викликають необхідність застосування цих пристроїв, являються:

· накладення на сигнали перешкод у вигляді змінної напруги, в основному промислової частоти 50 Гц, створених робочим устаткуванням, мережами енергопостачання і потужними сигналами, що керують, створюються самою системою управління;

· потреба узгодження параметрів датчиків і сигналів з характеристиками пристроїв, що забезпечують подальше перетворення сигналів.

Пристрої нормалізації сигналів є прості електричні ланцюги, що складаються з декількох елементів — резисторів, конденсаторів або котушок індуктивності. Вони розміщуються максимально близько до входів підсилювачів, аналого-цифрових перетворювачів і інших пристроїв, які виконують подальше перетворення сигналів.

Фільтри.Послаблення наведених перешкод промислової частоти і особливо високочастотних перешкод від спрацьовування пускачів і реле забезпечують за допомогою простих RС-фільтрів, що містять резистор R і конденсатор C (мал. 31, а). Для більшості сигналів ця схема забезпечує достатнє пригнічення, але при необхідності можна включити послідовно дві такі ланки. Конденсатор фільтру зазвичай має велику місткість (десятки і сотні мікрофарад), тому використовують електролітичні конденсатори, а для компенсації наявної у них індуктивності часто підключають паралельно їм ще один конденсатор невеликої місткості.

Якщо в технологічному процесі використовуються агрегати, які створюють особливо потужні електромагнітні поля промислової або іншої частоти, то застосовують подвійний Т-подібний фільтр (мал. 31, б), що забезпечує сильне пригнічення сигналу саме на цій частоті.

Рисунок 31 – RC-фільтри

а – одно ланковий, б – подвійний Т-подібний

Перетворювачі струму в напругу.Вихідним сигналом ряду датчиків є постійний струм, тоді як пристрої подальшої обробки сигналів працюють з вхідним сигналом у вигляді напруги. Перетворення струмових сигналів у вихідний сигнал напруги Uвих здійснюється за допомогою резистора, включеного паралельно входу наступного пристрою (мал. 32).

Опір резистора визначають виходячи з максимально можливого струму вхідного сигналу і максимально допустимої напруги на вході вимірювального пристрою, оскільки чим вище рівень сигналу, тим менше вплив перешкод і більше точність перетворення. При цьому треба враховувати вхідний опір самого пристрою, який виявляється паралельним резистору.

Рисунок 32 – Перетворювач струму в напругу

Точність і стабільність резистора природно позначаються на точності всього перетворення, тому клас точності резистора повинен відповідати погрішності вимірювального пристрою.

Атенюатори.Деякі датчики, джерела дискретних сигналів технологічного устаткування і пристрою перетворення сигналів мають вихідну напругу, що перевищує максимально допустимий рівень вхідного сигналу наступних пристроїв. Наприклад, з дискретного датчика може поступати напруга 12 В, тоді як стандартна вхідна напруга регістрів і лічильників складає всього 5 В. У такому разі для послаблення сигналів застосовують атенюатори.

Атенюатор, або дільник напруги, складається з двох послідовно сполучених резисторів R₁ і R₂, які підключаються до виходу джерела сигналу U_вих (рис. 33). Напруга U_вх на наступний пристрій подається з одного з цих резисторів, наприклад К2. Воно виявляється ослабленим в порівнянні з початковим сигналом в n разів, де n = (R₁ + R₂)/ R₂.

Рисунок 33 - Атенюатор

Величина n залежить також від вихідного опору джерела сигналу, яке в ідеалі дорівнює нулю, і від вхідного опору наступного пристрою, в ідеалі нескінченно більшого. Точність атенюатора визначається не точністю самих резисторів, а точністю дотримання співвідношення їх опорів, тому зазвичай їх підбирають відразу парами.