Inteliģents spiediena raidītājs ir rūpniecības automatizācijas instruments, kas integrē spiediena noteikšanu, signālu apstrādi un inteliģentu komunikāciju. To plaši izmanto spiediena mērīšanai un kontrolei tādos laukos kā nafta, ķīmiskā viela un jauda. Tās darba principu var iedalīt četrās kodolu saitēs: spiediena noteikšana, signāla pārveidošana, inteliģenta apstrāde un datu pārraide, šādi:
1, spiediena uztvere: fiziskā spiediena pārvēršana mehāniskā pārvietojumā
Inteliģenta spiediena raidītāja kodols ir spiediena sensors, kas pārveido izmērītās barotnes (šķidruma, gāzes vai tvaika) spiediena signālu izmērāmā mehāniskā pārvietojuma vai fiziskā daudzuma izmaiņās.
Kopējie sensoru veidi:
Kapacitīvs sensors: visizplatītākais tips, kas sastāv no mērīšanas diafragmas un fiksēta elektrodu. Kad membrānai tiek izdarīts spiediens, tas notiek nelielā deformācijā, kā rezultātā mainās kapacitātes vērtība starp membrānu un fiksēto elektrodu (jo lielāks spiediens, jo mazāks ir atstarpe un jo lielāka kapacitāte).
Pjezorezistīvs sensors: Pusvadītāju materiālu pjezorezistīvā iedarbības izmantošana spiediens maina mikroshēmas iekšējās pretestības pretestības vērtību, kas caur kviešu akmens tiltu tiek pārveidota par sprieguma signālu.
Induktīvais/vibrējošs stieples sensors: netieši atspoguļo spiediena izmaiņas, mainoties induktivitātei vai vibrācijas frekvencei, ko izraisa spiediens.
2, signāla konvertēšana: fizisko daudzumu pārvēršana elektriskos signālos
Neapstrādāti signāli, ko izvada sensori (piemēram, nelielas kapacitātes izmaiņas, pretestība un spriegums), ir jāpārveido standarta elektriskos signālos (piemēram, 4-20 mA līdzstrāvas strāva vai 0-5 V līdzstrāvas spriegums), izmantojot signāla kondicionēšanas ķēdes:
Uzbrukums un noteikšana: shēma nodrošina stabilu ierosmes barošanas avotu (piemēram, nemainīgu spriegumu vai nemainīgu strāvu) sensoram, vienlaikus nosakot sensora fizisko daudzumu izmaiņas (piemēram, kapacitātes izmaiņas).
Pastiprināšana un filtrēšana: sākotnējais signāls parasti ir vājš (milivoltu diapazonā), un tas jāstiprina ar operatīvo pastiprinātāju, lai filtrētu vides troksni (piemēram, temperatūras traucējumus un elektromagnētiskos traucējumus).
Analogs digitālajai konvertēšanai (A/D pārveidošana): pārveido pastiprinātus analogos elektriskos signālus digitālos signālos turpmākai inteliģentai mikroshēmu apstrādei.
3, inteliģenta apstrāde: digitālā skaitļošana un kompensācija
Inteliģentu spiediena raidītāju "inteliģence" atspoguļojas datu digitālā apstrādē ar mikroprocesoru (MCU), un pamatfunkcijas ietver:
Nelineārā kompensācija: sensora izejas signālam var būt nelineāra saistība ar faktisko spiedienu. Mikroprocesors izlabo novirzi, izmantojot iepriekš iestatītu kalibrēšanas līkni (piemēram, polinomu montāžu), lai uzlabotu mērījumu precizitāti.
Temperatūras kompensācija: Temperatūras izmaiņas var ietekmēt sensora veiktspēju (piemēram, membrānas elastības koeficientu, pretestības temperatūras koeficientu). Procesors nosaka apkārtējās vides temperatūru reālā - laikā caur iebūvētu - temperatūras sensorā un automātiski izlabo temperatūras radītās kļūdas.
Diapazona pielāgošana: atbalsta attālinātu mērījumu diapazona iestatīšanu, izmantojot programmatūru (piemēram, HART protokola sakaru), bez mehāniskas pielāgošanas nepieciešamības un var elastīgi pielāgoties dažādiem scenārijiem (piemēram, pielāgot no 0-1MPa līdz 0-5MPa).
Kļūdas diagnoze: sensora un ķēdes stāvokļa reālā laika uzraudzība (piemēram, atvienošana, pārslodze) un trauksmes signālu izvadīšana, kad rodas anomālijas (piemēram, strāvas signāla pāriet uz 22mA).
4, datu pārraide: standartizēts signāls un komunikācija
Inteliģenti raidītāji atbalsta gan analoga signāla izvadi, gan digitālo komunikāciju, līdzsvarojot savietojamību ar tradicionālajām sistēmām un inteliģentām prasībām
Analogā signāla izvade: apstrādātais digitālais signāls tiek atjaunots 4-20 mA standarta strāvas signālā (vai 0-10 V spriegumā), izmantojot D/A, un tieši savienots ar tradicionālajām vadības sistēmām, piemēram, PLC un DCS (4MA atbilst zemākajam diapazona robežai, 20mA atbilst augšējai diapazona robežai).
Digitālā komunikācija: divvirzienu datu pārraide tiek panākta, izmantojot tādus rūpnieciskos kopņu protokolus kā HART, Profibus, FF Field Bus, kas var attālināti nolasīt reālas - Laika spiediena vērtības, aprīkojuma parametrus (piemēram, diapazonu un precizitāti) vai modificēt iestatījumus (piemēram, kalibrēšanas un trauksmes sliekšņa).
Piemēram, HART protokols izmanto superpozīcijas metodi "Analog Signal+Digital Signal" (sižets augsts - frekvences digitālais signāls uz 4-20 mA strāvas strāvas), kas saglabā tradicionālo analogo pārraidi un atbalsta digitālo komunikāciju.
