Имитация сигналов от датчиков с токовым выходом и датчиков термосопротивления

При обслуживании оборудования КИП систем 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, при выходе из строя датчика и отсутствии резерва, проверке срабатывания схем сигнализации и т.п. Разберем 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 0-10В и датчиков термосопротивления (с двух-, трех- и четырехпроводной схемой подключения).

Имитировать выходной сигнал датчиков с токовым выходом проще всего с помощью специальных калибраторов токовой петли - они позволяют установить любое 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 24В (величину этого напряжения можно узнать в руководстве по эксплуатации вашего вторичного прибора) и минимальном имитируемом токе 4 мА, нужен резистор сопротивлением не ниже 24В/4мА=6 кОм. Обычно резисторы с номиналом ровно 6 кОм не выпускаются, поэтому берем резисторы на 6,2 кОм из стандартного ряда номиналов или несколько больше. Не будет большой проблемой если вы возьмете резистор и на 10, 22, 51 и т.д. кОм, но в этом случае тяжелее будет установить требуемый ток, так как даже небольшой поворот оси резистора будет приводить к значительному изменению сопротивления и, следовательно, выходного тока.

Необходимо учитывать, что с помощью переменного резистора не очень удобно имитировать датчики с выходом 0-5 и 0-20 мА (но в принципе можно). Особенно значения выходного тока, близкие к 0, в том случае, когда требуется высокая точность задания тока. В этом случае все же лучше применять калибраторы токовой петли.

При использовании резистора в качестве задатчика 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. И в некоторых случаях это может привести к выходу из строя или входного канала вторичного прибора (если в нем нет ограничения величины входного сигнала) или другого оборудования, находящегося перед входом вторичного прибора (например, барьеры искро- или взрывозащиты). Для исключения эффекта перегрузки входа рекомендуется 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 24В/24мА=1 кОм.

Для имитации токового сигнала датчика с активным выходом кроме переменного резистора потребуется еще и внешний источник питания (батарейка, аккумулятор, блок питания). Величина напряжения данного источника питания не должна быть меньше чем указано в руководстве по эксплуатации на вторичный прибор (возможно ограничение максимальной величины входного тока) и уж тем более величина напряжения источника питания не должна быть больше чем указано в инструкции - иначе можно выжечь вход вторичного прибора.

Полярность включения внешнего источника питания также зависит от схемотехники входного канала вторичного прибора. Поэтому перед подключением прочтите инструкцию на вторичный прибор. Для ограничения максимального тока в цепи также рекомендуется использовать ограничительный постоянный резистор, включенный последовательно с переменным.

Для имитации выходного сигнала датчика с выходным сигналом напряжения 0-1, 0-5 или 0-10В также понадобиться переменный резистор и источник питания (батарейка или АКБ). Но в данном случае резистор подключается параллельно батарейке и выполняет не функцию шунта, а функцию делителя напряжения. Номинал резистора может быть любым, но желательно достаточно большим, чтобы, во-первых, уменьшить величину потребляемого от источника питания тока и, во-вторых, не шунтировать высокое входное сопротивление вторичного прибора. Рекомендуемый номинал переменного резистора от 10 кОм до 200 кОм и более.

Напряжение источника питания (батарейки, АКБ) по возможности должно быть чуть больше чем максимальное значение имитируемого сигнала. При имитации сигнала 0-1В в качестве источника питания рекомендуется использовать одну пальчиковую батарейку или аккумулятор формата АА напряжением 1,5 или 1,2В соответственно. Для сигнала 0-5В - четыре пальчиковых батарейки по 1,5В или аккумулятор на 6В, для сигнала 0-10В - один аккумулятор на 12В.

В качестве задатчика напряжения также можно использовать лабораторный блок питания постоянного тока с регулируемым выходным напряжением в пределах 0-10В.

Имитация подключения датчика термосопротивления для измерения температуры осуществляется с помощью одного переменного резистора. В зависимости от схемы подключения (двух-, трех-, или четырехпроводная) схема подключения будет несколько отличаться. Для имитации работы основных градуировок датчиков термосопротивления 100П, 50П, Pt100, Pt50, Cu100, Cu50, 50М, 100М в диапазоне температур от минус 50 до плюс 300 градусов будет достаточно номинала резистора 220 Ом.

Конкретную схему подключения переменного резистора к входным клеммам вторичного прибора уточняйте в инструкции по эксплуатации вторичного прибора, учитывая, что перемычки, изображенные на рисунке расположенном выше, выполняют роль компенсационной жилы.

В качестве переменных резисторов во всех приведенных выше схемах лучше применять многооборотистые переменные или подстроечные резисторы - в этом случае выставить нужное значение тока или сопротивления будет намного проще. Но как уже говорилось ранее для имитации сигналов от датчиков луччше использовать специальные калибраторы токовой петли, стоимость которых начинается от 6000 руб (Овен РЗУ-420).