Intelligentne rõhusaatja on tööstusautomaatika instrument, mis integreerib rõhu tuvastamise, signaalitöötluse ja intelligentse suhtluse. Seda kasutatakse laialdaselt rõhu mõõtmiseks ja juhtimiseks sellistes põldudes nagu nafta, kemikaal ja võimsus. Selle tööpõhimõtte võib jagada neljaks põhiliseks lingiks: rõhutunnetus, signaali muundamine, arukas töötlemine ja andmeedastus, järgmiselt:
1, rõhu tajumine: füüsilise rõhu muutmine mehaaniliseks nihkeks
Intelligentse rõhusaatja südamik on rõhuandur, mis teisendab mõõdetud söötme (vedela, gaas või auru) rõhusignaali mõõdetavaks mehaaniliseks nihkeks või füüsikalise koguse muutusteks.
Ühised anduritüübid:
Mahtuvuslik andur: kõige levinum tüüp, mis koosneb mõõdetavast diafragmast ja fikseeritud elektroodist. Kui membraanile rakendatakse rõhku, läbib see kerge deformatsiooni, mille tulemuseks on membraani ja fikseeritud elektroodi vahel mahtuvusväärtuse muutus (mida suurem on rõhk, mida väiksem on vahekaugus ja mida suurem on mahtuvus).
Piezoresistlik andur: kasutades pooljuhtmaterjalide piezoresistlikku mõju, muudab rõhk kiibi sisemise takistuse takistusväärtust, mis teisendatakse pingesignaaliks läbi Wheatstone'i silla.
Induktiivne/vibreeriv traadisensor: kaudselt peegeldab rõhu ulatust rõhust põhjustatud induktiivsuse või vibratsiooni sageduse muutuste kaudu.
2, signaali muundamine: füüsiliste koguste teisendamine elektrilisteks signaalideks
Andurite poolt väljastatud toored signaalid (näiteks mahtuvuse, takistuse ja pinge väikesed muutused) tuleb muuta standardseteks elektrilisteks signaalideks (näiteks 4-20 mA alalisvoolu vool või 0-5 V alalispinge) signaali konditsioneerimisahelate kaudu:
Ergastamine ja tuvastamine: vooluring annab anduri stabiilse ergutusvõimsuse (näiteks konstantse pinge või konstantse voolu), tuvastades samal ajal anduri füüsilistes kogustes (näiteks mahtuvuse muutused).
Amplifikatsioon ja filtreerimine: algne signaal on tavaliselt nõrk (Millivolti vahemikus) ja seda tuleb võimendada võimendi abil keskkonnamüra (näiteks temperatuuri ja elektromagnetiliste häirete) filtreerimiseks.
Analoog digitaalsele muundumisele (A/D teisendamine): teisendab analoogsed elektrilised signaalid digitaalsignaalideks järgnevaks intelligentseks kiibi töötlemiseks.
3, arukas töötlemine: digitaalne arvutamine ja kompenseerimine
Intelligentsete rõhusaatjate "intelligentsus" kajastub andmete digitaalses töötlemises mikroprotsessori poolt (MCU) ja põhifunktsioonid hõlmavad järgmist:
Mittelineaarne kompensatsioon: anduri väljundsignaal võib olla mittelineaarne seos tegeliku survega. Mikroprotsessor korrigeerib kõrvalekaldet eelseadistatud kalibreerimiskõvera kaudu (näiteks polünoomi sobitamine), et parandada mõõtmise täpsust.
Temperatuuri kompenseerimine: temperatuurimuutused võivad mõjutada anduri jõudlust (näiteks membraani elastsuse koefitsient, takistuste temperatuuri koefitsient). Protsessor tuvastab ümbritseva temperatuuri reaalses - aja jooksul temperatuurianduris ehitatud - ja parandab automaatselt temperatuuri põhjustatud vigu.
Vahemiku kohandamine: toetab mõõtevahemiku kaugseadet tarkvara kaudu (näiteks HART-protokolliühendus), ilma et oleks vaja mehaanilist reguleerimist, ja võib paindlikult kohaneda erinevate stsenaariumidega (näiteks 0-1MPa kohandamine 0-5MPA-ni).
Rike diagnoosimine: anduri ja vooluahela oleku reaalajas jälgimine (näiteks lahtiühendamine, ülekoormus) ja häiresignaalide väljastamine kõrvalekalde korral (näiteks voolu signaali hüppamine 22mA -ni).
4, andmeedastus: standardiseeritud signaal ja suhtlus
Intelligentsed saatjad toetavad nii analoogsignaali väljundit kui ka digitaalset suhtlust, tasakaalustades ühilduvust traditsiooniliste süsteemide ja intelligentsete nõuetega
Analoogsignaali väljund: töödeldud digitaalne signaal taastatakse 4-20mA standardvoolu signaali (või 0-10 V-pinge) kaudu D/A muundamise kaudu ja ühendatakse otse traditsiooniliste juhtimissüsteemide, näiteks PLC ja DCS-iga (4mA vastab alumisele vahemikule, 20mA vastab ülemisele vahemikule).
Digitaalne kommunikatsioon: kahesuunaline andmeedastus saavutatakse selliste tööstuslike bussiprotokollide kaudu nagu HART, Profibus, FF FieldBus, mis võib eemalt lugeda reaalseid - ajarõhu väärtusi, seadmeparameetreid (näiteks vahemikku ja täpsust) või muuta sätteid (näiteks kalibreerimine ja häirekünnis).
Näiteks kasutab HART-protokoll superpositsioonimeetodit "analoogsignaal+digitaalne signaal" (ülemineku kõrge - sagedusdigitaalne signaal 4-20mA voolul), mis säilitab traditsioonilise analoogülekande ja toetab digitaalset suhtlust.
