Jak wybrać właściwy separator?

Aby uniknąć problemów związanych z różnicami potencjałów masy, zakłóceniami i przepięciami, wprowadza się izolację galwaniczną pomiędzy źródłem sygnału, a jego odbiornikiem. Urządzenia, które do tego służą, zwykle nazywa się separatorami, choć w większości przypadków mierzą one sygnał, wzmacniają go, jednocześnie ograniczając, filtrują, przesyłają przez barierę izolacyjną, a następnie przekształcają w taki sam, lub inny standardowy sygnał stosowany w automatyce. Idealny separator, to znaczy taki, który nie wprowadza zmian w sygnale i nie ogranicza go (zarówno amplitudy, jak i pasma), oraz nie korzysta z dodatkowego zasilania, spotyka się rzadko. Dla wygody czytelnika, wszystkie elementy separujące standardowe sygnały automatyki będziemy dalej nazywali separatorami.

Przesyłanie sygnałów analogowych w automatyce opiera się na pewnych standardach. Na stosunkowo niewielkie odległości przesyłane mogą być sygnały napięciowe. Głównym standardem jest w tym wypadku przedział napięcia 0÷10V, choć spotyka się również sygnały -5÷5V, lub 1÷5V. Na odległości większe niż kilka metrów przesyła się raczej sygnały prądowe - przeważającym standardem jest pętla prądowa 4÷20mA. Starsze elementy automatyki operują sygnałem 0÷20mA, ale zdarzają się też bardziej egzotyczne zakresy prądu.

Przy wyborze separatora należy określić typ sygnału wejściowego i wyjściowego (jeśli nie są identyczne), sposób zasilania i podłączenia. Polecamy przeczytanie artykułu "Podstawowe zasady stosowania separatorów i przetworników". W dalszej części tekstu przedstawimy możliwości realizacji separacji galwanicznej sygnałów automatyki przy użyciu separatorów i przetworników naszej produkcji. Dla ułatwienia wyboru właściwego typu modułu podzieliliśmy poniższy opis na części - wystarczy kliknąć na jeden z podtytułów aby przeskoczyć do pożądanego rozdziału.

4÷20mA/4÷20mA 4÷20mA/0÷20mA 4÷20mA/0÷10V
0÷20mA/4÷20mA 0÷20mA/0÷20mA 0÷20mA/0÷10V
0÷10V/(0)4÷20mA 0÷10V/0÷10V I,U/4÷20mA
uniwersalne:   0÷20mA, 4÷20mA, 0÷10V, 1÷5V

Dla tych, którzy znają potrzebny im typ separatora i chcieliby tylko przeczytać kilka słów na jego temat przygotowaliśmy tabelę. Kliknięcie na wybrany typ spowoduje przeniesienie do odpowiedniej części tekstu.

Separatory i przetworniki

wejściowe

 

wyjściowe

I/I

I/U

U/U

U/I

 

I/I

U/U

U/I

T621
T624
T721
T724
T727
T729
T820, T821
T823, T824
T826, T827
T828, T829
T920, T921
T921s
T923, T924
T924p
T924s
T732
T735
T831
T832
T834
T835
T761
T860, 1
T870, 1
T667
T767
T867
T967
T967s
  T863 T864
T874
T862
T872
Uniwersalne U,I / U,I - T837, T838
Programowalne U,I / 4÷20mA - T1239

4÷20mA/4÷20mA

Zacznijmy od modułów, które można rzeczywiście nazwać separatorami. Ich działanie jest podobne do działania przetwornicy DC/DC. Sygnał jest przełączany ze stosunkowo wysoką częstotliwością, co pozwala na przerzucenie go przez transformator. Sprzężenie magnetyczne zapewnia odtworzenie sygnału w niezmienionej postaci. W zależności od kierunku przepływu sygnału i energii, mamy do czynienia z dwiema sytuacjami. Jeśli, jak na rysunku, źródło sygnału jest też źródłem energii, to separator wtrącony przed odbiornikiem sygnału pobiera energię z sygnału wejściowego i przekazuje jej znaczną część do odbiornika. Strata energii wewnątrz separatora jest niewielka i przekłada się na dodatkowy spadek napięcia, który należy dodać do spadku napięcia na oporności wewnętrznej odbiornika.

Brzmi to może nieco zawile, ale rysunek powinien wyjaśnić, że źródło sygnału musi po prostu zapewniać większą wydajność, tak jakby odbiornik stanowił większą rezystancję obciążającą. W przypadku separatora T924p, dodatkowy spadek napięcia wynosi 1.6V, co, przy maksymalnym prądzie równym 20mA, daje efektywny wzrost rezystancji obciążenia o 1.6V/20mA=80Ω. Podobnie działa separator T924sp mieszczący się w obudowie o grubości zaledwie 6.2mm oraz potrójny separator T924p3 choć dodatkowy spadek napięcia jest w obu wypadkach większy.
Oczywiście nie należy zakładać, że górna granica prądu nie zostanie nigdy przekroczona - dla sygnalizacji przekroczenia zakresu należy dodać margines rzędu 1-2mA. Dodatkowo należy pamiętać o możliwych zakłóceniach sygnału. Aby separator miał możliwość kompensacji zakłóceń indukowanych w liniach sygnałowych, należy zapewnić kilkuwoltowy margines bezpieczeństwa. (Uwaga ta dotyczy wszystkich separatorów z wyjściem prądowym.) W praktyce, ponieważ źródło prądu jest charakteryzowane przez maksymalną rezystancję obciążenia (albo wydajność napięciową), należy odjąć od tej wartości, powiedzmy R=(Us+2V)/21mA, aby uzyskać efektywną dopuszczalną rezystancję obciążenia (jeśli podana jest jedynie wydajność napięciowa, Uc, dopuszczalną rezystancję obciążenia można oszacować jako (Uc-Us-2V)/21mA).

Druga sytuacja to taka, w której kierunek przepływu sygnału jest przeciwny do kierunku przepływu energii. Odbiornik dostarcza energii separatorowi, który przekazuje ją do źródła sygnału (np. czujnika zasilanego z pętli prądowej). Tutaj też separator zużywa część przekazywanej energii wymuszając dodatkowy spadek napięcia.

Zadanie to spełnia separator T924ps, który działa jak odwrotnie podłączony T924p. Zamiana wejścia z wyjściem ustanawia właściwy kierunek przepływu energii a przetwornik dwuprzewodowy stanowi, w porównaniu do poprzedniej sytuacji, zmienne obciążenie 'wyjścia' separatora (teraz pełni ono rolę wejścia).

Pozostałe typy separatorów należałoby raczej nazwać przetwornikami - będziemy się jednak trzymali przyjętej konwencji. Wytwarzamy kilka typów separatorów 4÷20mA/4÷20mA stosowanych w różnych konfiguracjach układowych.

T624, T923, T924 oraz T924s to separatory zasilane z wyjściowej pętli prądowej. Ich wyjścia stanowią dwuprzewodowe źródła prądu o zmiennej rezystancji. Energia zasilająca separatory pochodzi z dodatkowego spadku napięcia na wyjściu, którego wartość minimalna wynosi 15V dla modułów T624, T923 i T924, a 10V dla T924s. Sposób podłączenia modułów tego typu wyjaśnia rysunek.

Na rysunku rozróżniono masy po obu stronach separatora - to samo dotyczy napięć zasilających. Zasilanie od strony odbiornika może być podłączone poza samym odbiornikiem (linia przerywana) a zasilacz można umieścić w pobliżu separatora. W takim wypadku do odbiornika sygnał będzie przesyłany jedną linią wyjścia separatora i przewodem masy. Oczywiście, w wejściową pętlę prądową można włączyć szeregowo kilka separatorów otrzymując rozgałęzienie sygnału na kilka izolowanych torów pomiarowych.
Separator T624 należy do tak zwanej serii ekonomicznej. T923 i T924 różnią się klasą dokładności równą, odpowiednio, 0.2 i 0.1.

Separator T924s wymaga osobnego omówienia. Jego część wejściowa czerpie energię z sygnału 4÷20mA powodując spadek napięcia 1.7V przy wartości sygnału równej 20mA. W zamian nie posiada on wbudowanej przetwornicy przekazującej energię z wyjścia do części wejściowej, nie może więc być źródłem jakichkolwiek zakłóceń elektromagnetycznych, czy też szumów przedostających się na linie sygnałowe. 'Zwykłe' separatory charakteryzuje stała rezystancja wejściowa rzędu 50÷60Ω. Jak łatwo obliczyć, rezystancja taka wywołuje spadek napięcia 1÷1.2V dla 20mA. Separator T924s wykorzystuje do pomiaru prądu wejściowego rezystor 10Ω a pozostałe kilka mW mocy pobranej z sygnału zużywa na zasilanie. Wykres obrazuje spadek napięcia na wejściu separatora w zależności od prądu.

Dodatkową zaletą tego separatora jest niewielka grubość obudowy - 6.2mm (oraz niska cena).

T724, T823 i T824 to separatory z dodatkowym zaciskiem zasilania. Ze względu na liczbę połączeń po stronie wyjściowej niekiedy określa się je jako trójprzewodowe.

Zwykle odbiornik sygnału również wymaga zasilania, ale , dla przejrzystości, nie zostało to zaznaczone na rysunku.
Separatory opisywanego typu mogą współpracować z obciążeniami do 450 Ω. Rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω. Jeśli przyjrzeć się ostatniemu rysunkowi i rysunkom przedstawiającym separatory 'dwuprzewodowe' (zasilane z pętli prądowej), to widać, że te ostatnie mogą zawsze zastąpić separatory 'trójprzewodowe'.
Separator T724 należy do tak zwanej serii ekonomicznej. T823 i T824 różnią się klasą dokładności równą, odpowiednio, 0.2 i 0.1.

Pozostał jeszcze do omówienia tak zwany separator wyjściowy T863 - jest to separator, w którym zasilanie podłącza się po stronie źródła sygnału.

Może on współpracować z obciążeniami do 450Ω. Rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω. Przy składaniu zamówienia należy podać wymaganą klasę dokładności (0.1 lub 0.2), oraz zakres sygnału wyjściowego (4÷20mA lub 0÷20mA).


0÷20mA/0÷20mA

W ramach serii ekonomicznej wytwarzany jest przetwornik T729 będący tanim odpowiednikiem separatora T829. Oba charakteryzuje klasa dokładności 0.1 - przy niższych wymaganiach można użyć separatora T828 o klasie 0.2.

Powyższy rysunek pokazuje sposób podłączenia separatorów. Ich rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω , a obciążenie wyjścia nie powinno przekraczać 450Ω.


0÷20mA/4÷20mA

Separatory zasilane z wyjściowej pętli prądowej 4÷20mA wytwarzane są w ramach serii T600 i T900. T621 należy do serii ekonomicznej (klasa 0.1), T920 i T921 różnią się klasą dokładności (0.2 i 0.1), a T921s jest separatorem umieszczonym w wąskiej (6.2mm) obudowie. T921s może także współpracować z innymi zakresami prądów wejściowych. Wyjścia separatorów stanowią dwuprzewodowe źródła prądu o zmiennej rezystancji. Energia zasilająca separatory pochodzi z dodatkowego spadku napięcia na wyjściu, którego wartość minimalna wynosi 15V.

Zasilanie od strony odbiornika może być podłączone poza samym odbiornikiem (linia przerywana) a zasilacz można umieścić w pobliżu separatora. W takim wypadku do odbiornika sygnał będzie przesyłany jedną linią wyjścia separatora i przewodem masy.

Dostępne są również trzy typy separatorów 'trójprzewodowych': T721, T820 i T821. T721 jest tanim odpowiednikiem separatora T821. Oba charakteryzuje klasa dokładności 0.1. Separator T820 jest wytwarzany w klasie 0.2.

Rysunek przedstawia sposób podłączenia separatorów. Ich rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω , a obciążenie wyjścia nie powinno przekraczać 450Ω.


4÷20mA/0÷20mA

W ramach serii ekonomicznej wytwarzany jest przetwornik T727 będący tanim odpowiednikiem separatora T827. Oba charakteryzuje klasa dokładności 0.1 - przy niższych wymaganiach można użyć separatora T826 o klasie 0.2.

Powyższy rysunek pokazuje sposób podłączenia separatorów. Ich rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω , a obciążenie wyjścia nie powinno przekraczać 450Ω.

Do tej samej grupy można zaliczyć tak zwany separator wyjściowy T863 - jest to separator, w którym zasilanie podłącza się po stronie źródła sygnału. Opis T863 już był prezentowany powyżej, przy okazji omawiania separatorów 4÷20mA/4÷20mA.


4÷20mA/0÷10V

Do tej grupy należą separatory T732, T831 i T832. T732 jest tanim odpowiednikiem T832. Oba są wytwarzane w klasie dokładności 0.1, podczas gdy T831 zapewnia dokładność przetwarzania 0.2%. Zasilane od strony wyjścia napięciem stałym o wartości nominalnej 24V mogą być obciążane rezystancją większą od 1kΩ. Prąd wyjściowy jest ograniczony wewnętrznie do 15mA, a napięcie do 12V. Rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω.

Należy zwrócić uwagę na sposób podłączenia masy po stronie wyjściowej. Aby prąd zasilania nie płynął przewodem sygnałowym, połączenie z zasilaczem powinno być wykonane jak najbliżej wyjścia separatora.


0÷20mA/0÷10V

Separatory T735, T834 i T835 różnią się ceną (T735 jest tanią wersją T835) i klasą dokładności. T735 i T835 są wytwarzane w klasie dokładności 0.1, podczas gdy dokładność przetwarzania T834 wynosi 0.2%. Zasilane od strony wyjścia napięciem stałym o wartości nominalnej 24V mogą być obciążane rezystancją większą od 1kΩ. Prąd wyjściowy jest ograniczony wewnętrznie do 15mA, a napięcie do 12V. Rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω.

Należy zwrócić uwagę na sposób podłączenia masy po stronie wyjściowej. Aby prąd zasilania nie płynął przewodem sygnałowym, połączenie z zasilaczem powinno być wykonane jak najbliżej wyjścia separatora.


0÷10V/0÷10V

Wśród separatorów tego typu znajdują się zarówno zasilane po stronie wejściowej jak i wyjściowej. Różnią się one również budową wyjścia. Tak zwane separatory 'wejściowe' (sygnał pochodzący z obiektu dołączony jest do wejścia, a zasilanie podłączone od strony wyjścia) mają niewielką obciążalność wyjścia. Przeznaczone są do współpracy z wysokoomowymi wejściami systemu pomiarowego. Natomiast separatory 'wyjściowe', skierowane wyjściem do obiektu mogą być obciążane rezystancją większą od 1kΩ.

Separatory T761, T860 i T861 są separatorami 'wejściowymi', które można przystosować do w zasadzie dowolnego zakresu wejściowego pomiędzy -500 a 500V. T761 stanowi tanią wersję T861 - oba o klasie dokładności 0.1, podczas gdy T860 jest wytwarzany w klasie 0.2. T870 i T871 stanowią odmianę separatorów o szerokim paśmie przenoszenia - do 10kHz.

Jak zwykle, gdy ma się do czynienia z sygnałami napięciowymi, należy zwrócić uwagę na sposób podłączenia masy. Aby prąd zasilania nie płynął przewodem sygnałowym, połączenie z zasilaczem powinno być wykonane jak najbliżej źródła sygnału.

Separatory T864 i T874 są zasilane po stronie wejściowej. Oba można wykonać w klasie 0.1 lub 0.2 (należy to sprecyzować w zamówieniu). T874 charakteryzuje szerokie pasmo przenoszenia (do 5kHz). Rezystancja wejściowa wynosi 50MΩ. Napięcie wyjściowe jest ograniczone wewnętrznie do 12V, a prąd wyjściowy - do 10mA. Rysunek przedstawia połączenia ze źródłem i odbiornikiem sygnału.


0÷10V/(0)4÷20mA

W grupie tej znaleźć można separatory zasilane z pętli prądowej (T667, T967, T967s), jak i separatory zasilane bezpośrednio napięciem o nominalnej wartości 24V od strony wyjścia (T767, T867) lub od strony wejścia (T862, T872). Wszystkie mogą pracować również z innymi zakresami napięć wejściowych, np. 1÷5V. T867, T967, T862 i T872 są wytwarzane w klasie 0.1 lub 0.2 (należy to sprecyzować w zamówieniu). Pozostałe (T667, T767 i T967s) wykonujemy już tylko w klasie 0.1. T967s jest produkowany w obudowie o szerokości 6.2mm.

Zacznijmy od separatorów zasilanych z pętli prądowej. Ich rezystancja wejściowa wynosi ok. 60Ω , a maksymalną rezystancję obciążenia oblicza się na podstawie wzoru: R=(24V-15V)/20mA co daje 450Ω. Oczywiście można stosować wyższe napięcie zasilania pętli (do 35V) podnosząc górną granicę rezystancji obciążenia.

Separatory T767 i T867 zasilane są od strony wyjścia. Ich rezystancja wejściowa wynosi ok. 1MΩ (możliwe jest wykonanie z rezystancją zwiększoną do 10MΩ), a obciążenie wyjścia nie powinno przekraczać 450Ω.

Separatory 'wyjściowe' (T862 i T872) zasilane są od strony wejścia - należy zwrócić uwagę na sposób podłączenia masy, gdyż prąd zasilający płynący wspólnym przewodem masy sygnału i zasilania spowoduje przesunięcie napięcia jakie 'widzi' separator na swoim wejściu. T872 charakteryzuje szerokie pasmo przenoszenia - do 5kHz.

Oba separatory mogą zostać wykonane z wyjściem 0÷20mA lub 4÷20mA. Zakres wyjściowy, podobnie jak klasę dokładności, należy podać w zamówieniu.


Uniwersalne przetworniki sygnałowe

Separatory pracujące z dowolnymi standardowymi sygnałami automatyki (0÷20mA, 4÷20mA, 0÷10V, 1÷5V) nazwaliśmy uniwersalnymi. Ich uniwersalność polega również na zastosowaniu izolowanego wejścia zasilania, co daje możliwość dowolnego wyboru punktu podłączenia masy zasilania.

Wprowadziliśmy do produkcji dwa typy separatorów uniwersalnych: T837 i T838 różniące się nieco możliwościami i sposobem działania. Oba separatory pozwalają na dowolny wybór rodzaju sygnału wejściowego i wyjściowego z pomocą 4-pozycyjnego przełącznika ukrytego pod osłoną czołową. Wysoka klasa dokładności (0.05) jest zachowana przy dowolnej kombinacji sygnałów bowiem każdy zakres jest skalibrowany fabrycznie. W połączeniu z niskim współczynnikiem temperaturowym (typ. ±30ppm/ºC), małymi szumami i dużą rozdzielczością wyjścia (0.5µA lub 250µV) prowadzi to do precyzyjnego przetwarzania sygnału w szerokim zakresie temperatur otoczenia.

Ułatwieniem przy uruchomieniu i w utrzymaniu ruchu jest wizualizacja poziomu sygnału wejściowego za pomocą barwy diody LED zamontowanej na czole modułu - barwa zmienia się płynnie od zielonej przy minimalnym poziomie, do czerwonej przy maksymalnym.

Separator T838 został wyposażony w dodatkowe wejście, które umożliwia podłączanie pętli prądowej 4÷20mA wymagającej zasilania (gdy źródłem sygnału jest pasywne źródło prądowe). Separator ten ma też inną przewagę nad T837 - szybszą reakcję wyjścia na zmiany na wejściu (<100ms przy zmianie 10-90%) i bardzo płynne przetwarzanie w specyfikowanym paśmie częstotliwości przenoszenia (5Hz) co czyni go nieodróżnialnym od separatorów w pełni analogowych.

Dodatkową zaletą obu modułów jest niski pobór energii, co ma niewątpliwe znaczenie przy separacji dużej grupy sygnałów. W porównaniu do typowych separatorów uniwersalnych z izolowanym zasilaniem oszczędności mogą być kilkukrotne.


I,U/4÷20mA

Wśród dość szerokiego asortymentu przetworników naszej produkcji mieści się również przetwornik programowalny sygnałów automatyki oznaczany jako T1239. Jego główne zadanie to separacja standardowych sygnałów automatyki i przetwarzanie ich na sygnał 4÷20mA. Energia niezbędna do pracy przetwornika pochodzi z wyjściowej pętli prądowej. Minimalny spadek napięcia na wyjściu wynosi 15V. Sygnał wejściowy, wybierany z zakresu -11÷11V lub -25÷25mA, konfigurowany jest przez oprogramowanie pracujące w systemie Windows.
Możliwe jest prawie dowolne kształtowanie charakterystyki przejściowej przetwornika, np. odwrócenie sygnału lub charakterystyka pierwiastkowa. Sposób przekształcenia sygnału można zadać tabelarycznie lub podając współczynniki szeregu potęgowego.

Uzupełnieniem dla przetwornika T1239 jest moduł T1220, który pozwala uzyskać dodatkowe izolowane wyjście 4÷20mA. Możliwe jest kaskadowe łączenie modułów T1220 dla uzyskania dowolnej ilości wyjść.


   TopPoczątek strony        WsteczWstecz                       Copyright © 1999- by CCIBA®