Система мониторинга индуктивных датчиков (СМИД)

Назначение системы

СМИД является современным «интеллектуальным индуктивным преобразователем» - аналогом ранее выпускаемых индуктивных преобразователей ИД–2И, ИВП-2М и др., предназначенных в комплекте с индуктивными датчиками давления типа ДД-10, ДДИ-20, ДДИ-21 для измерения быстро переменных давлений в пневматических и гидравлических системах.

Помимо обычной функции восприятия и преобразования искомой величины (измерение избыточного давления) СМИД производит:

• выдачу графических изображений;
• обработку по заданной программе;
• запись, хранение и вывод протоколов получаемой информации.

СМИД позволяет дистанционно (с пульта управления):

• производить балансировку измерительных каналов (установка нуля);
• выбирать диапазон измерения датчика;
• выполнять самодиагностику измерительных каналов (проверка напряжения питания, работоспособности и коэффициента преобразования).

СМИД – многофункциональный, программируемый и измерительный преобразователь, имеющий связь с внешнем компьютером следующего уровня по кабелю в формате сетевого интерфейса Ethernet.

Технические данные

Состав системы

Устройство и работа СМИД

На рис.1 представлена блок-схема 16-ти канальной СМИД, которая состоит из комплекта датчиков, измерительного и вычислительного блоков.

Рис.1. Блок – схема 16ти канальной СМИД

1 - 16 – индуктивные датчики,
НП-02 – нормирующие преобразователи индуктивных датчиков,
ПК – персональный компьютер.

Аппаратная часть измерительного блока, базируемая на модулях PC/104, выполняет следующие функции: - преобразует аналоговые сигналы датчиков в цифровую форму;
- хранит и передаёт поступающую информацию на вычислительный блок по линии связи в формате сетевого интерфейса Ethernet.
В вычислительном блоке информация обрабатывается, отображается и документируется.

Индуктивные датчики давления

Для измерения быстропеременных давлений на объекте (см.рис. 1.) используются датчики избыточного давления типа: ДД-10, ДДИ-20 и ДДИ-21. Одним из достоинств этих датчиков является работоспособность при воздействии на них механических вибраций и ударных нагрузок с ускорением. Основной характеристикой индуктивного датчика определяющей рабочий диапазон измеряемых давлений и его градуировочную кривую, является контрольное давление Рк, которое указывается на его корпусе. Схема конструкции индуктивного датчика ДДИ-20, аналогична конструкциям датчиков ДД-10 и ДДИ-21 показана на рис.2.

Рис. 2. Схема конструкции датчика ДДИ-20

Рабочая мембрана, находящаяся на торце корпуса, выточена заодно с ним и закалена с целью повышения механической прочности. Принцип работы индуктивного датчика состоит в следующем: под воздействием измеряемого давления рабочая мембрана прогибается, что приводит к изменению комплексного сопротивления рабочей обмотки, являющейся одним из плеч мостовой схемы нормирующего преобразователя.

Универсальный нормирующий преобразователь НП-20 предназначен для преобразования изменения комплексного сопротивления индуктивных датчиков, при воздействии на них давления, в электрический сигнал. Функциональная схема нормирующего преобразователя НП-02 приведена на рис.3.

Рис. 3. Функциональная схема НП-02

Преобразователь НП-02 содержит:

• контрольное сопротивление - R1;
• цифровой потенциометр балансировки измерительного моста - R2;
• усилитель, коэффициент усиления которого регулируется цифровым потенциометром - R3;
• синхронный детектор – СД;
• фильтр нижних частот – ФНЧ;
• генератор – Г.

Измерительная мостовая схема НП-02 включает в себя рабочую и компенсирующую обмотки индуктивного датчика (см. рис.2), размещенный на объекте, и потенциометр балансировки (R2), расположенный в нём. Потенциометр R2 «БАЛАНС» позволяет сбалансировать измерительный мост по активной и реактивной составляющим комплексного сопротивления рабочей обмотки индуктивного датчика. Потенциометр R3 «МАСШТАБ» изменяет коэффициент преобразования измерительного канала и используется при градуировке индуктивного датчика. Питание измерительного моста осуществляется от генератора (Г) через разделительный трансформатор (Тр), который обеспечивает гальваническое разделение цепей. Кроме того, генератор (Г) вырабатывает опорное напряжение для синхронного детектора (СД).

Перед началом работы, при атмосферном давлении, измерительный мост автоматически балансируется. При наличии избыточного давления балансировка моста нарушается и на его выходе появляется сигнал переменного тока, который усиливается и поступает на синхронный детектор (СД), через фильтр нижних частот (ФНЧ) на выход. В НП-02, предназначенного для работы с индуктивными датчиками давления, имеется встроенное «контрольное сопротивление» R1, которое, при его включении в измерительную мостовую цепь, имитирует давление Pк, не подавая контрольного давления на датчик. При подачи сигнала «Контроль Pк» размыкаются контакты ключа S и в измерительную мостовую цепь включается сопротивление R1, которое приводит к разбалансу измерительного моста, соответствующему избыточному давлению равному Pк индуктивного датчика. Это позволяет провести проверку работоспособности НП-02 и, в случае необходимости, скорректировать потенциометром R3 «Масштаб» коэффициент преобразователя измерительного канала (проверка градуировочной кривой датчика).

Измерительный блок

Измерительный блок СМИД выполнен на модулях РС/104 по архитектуре PC – совместимого компьютера. Данная архитектура используется в бортовой и портативной аппаратуре (авиационные, космические, морские и промышленные системы сбора и управления).

Стандарт PC/104 (IEEE – P996.1) обеспечивает полную совместимость по PC архитектуре, как в программной, так и аппаратной части. Применение для шины ISA PC специальных 64 и 40 контактных сквозных штыревых разъёмов гарантирует надежную работу модулей в жестких условиях эксплуатации.

Применение поверхностного монтажа высокой плотности позволили сократить габариты (размер одного модуля 90х96х17 мм3) и энергопотребление (выходной ток системной шины ограничен величиной 4 мА) модулей PC/104, что дает возможность использовать их в закрытых объемах без дополнительного охлаждения и без ограничений вариантов компоновки.

Рис.4. Блок-схема модуля PC/104 измерительного блока СМИД

Модуль PC/104 измерительного блока СМИД состоит из:
- HESC104, источника бесперебойного питания с зарядным устройством;
- MSM – P3SEN, процессорной платы;
- DM7520, измерительной платы на вход которой, подаются аналоговый сигналы с индуктивных датчиков.

В состав измерительного блока входят:
-система сбора данных, выполненная на модулях РС/104;
-16 универсальных нормирующих преобразователей НП-02 для индуктивных датчиков давления;
-автономный источник питания, аккумуляторная батарея SV7–12 фирмы «SVEN».

На рис.5 показаны следующие разъемы:
- Х1 ... Х16, входы индуктивных датчиков;
- Х17, Х18, контроль выходного аналогового сигнала нормирующих преобразователей НП-02;
- Х19, внешний источник питания;
- Х20, интерфейс, для подключения линии связи с компьютером вычислительного блока;
- Х21, Х22, присоединительные (монтажные).

Рис.5 Электрическая схема измерительного блока СМИД

Измерительный блок рассчитан на работу в полевых условиях. Конструктивно он размещён в универсальном, монтажном корпусе фирмы «ROSE». Корпус имеет степень защиты IP 66 и класс взрывозащиты Е Еx e ll T6. Это штампованное основание со съемной верхней крышкой, изготовленной из нержавеющей полированной стали толщиной 1,25 мм. Крышка монтируется на быстросъемных винтах. Болты крепления крышки невыпадающие, в закрытых резьбовых каналах. Герметизация корпуса по периметру крышки обеспечивается при помощи специальных уплотняющих шайб и термоформованного уплотнителя на основе силикона. Корпус фирмы «ROSE» является не только защитным, но одновременно и транспортным кейсом измерительного блока, для чего на нем установлена ручка для переноски. Во время эксплуатации измерительный блок устанавливается вблизи объекта так, чтобы длины соединительных линий от датчиков были минимальными. Управление работой измерительного блока производится с компьютера вычислительного блока.

Вычислительный блок

Вычислительный блок (рис.1) состоит из компьютера и линии связи (кабель – «витая пара»), по которой информация с измерительного блока в формате интерфейса Ethernet передается на него. Вычислительный блок производит прием и обработку информации, поступающей от датчиков, а также представление ее в удобной для восприятия и документирования форме. На экране компьютера отображаются регистрируемые и расчетные параметры измерения. Они могут быть представлены в виде:
- развернутой диаграммы, где при помощи перемещающегося по экрану курсора можно измерить давление в любой момент времени измеряемого процесса;
- таблицы со значениями измеряемых параметров:
Данные измеряемого процесса могут заноситься в архив для последующего анализа.
Архивные данные могут быть документированы, либо перенесены на другой компьютер для последующей обработки.
Программное обеспечение вычислительного блока на CD-ROM диске прилагается к комплекту поставки СМИД.

Эксплуатация, транспортировка, хранение

К эксплуатации и техническому обслуживаю СМИД допускаются лица, изучившие Руководство по эксплуатации и прошедшие инструктаж по «Технике безопасности при работе с радиоэлектронной аппаратурой».

Защита человека от поражения электрическим током соответствует классу III (ГОСТ 12.2.007.0 - 75) и обеспечивается: защитным заземлением корпуса измерительного блока; малым напряжением питания (= 12 В).

Техническое обслуживание заключается в систематическом наблюдении за техническим состоянием СМИД: ежедневном уходе, регулярном техническом осмотре и устранении возникающих неисправностей.

Транспортирование в специальном транспортном контейнере в закрытом транспорте любого вида.
Хранение в сухом, отапливаемом, вентилируемом помещении при температуре окружающего воздуха от +5 до +40 ⁰С и относительной влажности до 80 %.
Гарантийный срок - 12 месяцев при соблюдении потребителем условий эксплуатации, хранения и транспортирования. Обслуживание и ремонт в течение всего срока службы.

Лицензия Госгортехнадзора России ООПР № 014614
Лицензия Госгортехнадзора России ООМТ № 014615
Сертификат соответствия РОСС DЕ. АЮ30.Н00042 № 0093233