Устройство и работа БО и БП
Преобразователь имеет взрывобезопасный уровень взрывозащиты, вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» по ГОСТ Р 51330.1 (ГОСТ 22782.6 - при поставках в Украину), специальный по ГОСТ 22782.3. Маркировка взрывозащиты 1ExsdIIAT3.
Преобразователь точки росы «КОНГ-Прима-2» (далее по тексту - ПТР, преобразователь) предназначен для измерения температуры точки росы по влаге (далее - ТТР, точка росы) в природном газе или других газах при рабочем давлении.
Тема 3. Преобразователь точки росы «КОНГ-Прима-2».
Преобразователь выпускается в следующих исполнениях:
- исполнение КРАУ2.844.001-03 предназначено для монтажа непосредственно на трубопроводе;
исполнение КРАУ2.844.001-04, с проточным газоподводом, предназначено для подключения к трубопроводу по проточной схеме, например, через систему подготовки газа КРАУ2.848.002 (далее - СПГ).
Внешний вид преобразователя представлен на рисунке 3.1.
| 
|
Рисунок 3.1. Внешний вид преобразователя точки росы «КОНГ-Прима-2».
Прибор по классификации ГОСТ 12997 относится к изделиям:
Таблица 1
| по наличию информационной связи | для информационной связи с другими изделиями; |
| по виду энергии | электрическим; |
| по эксплуатационной законченности | третьего порядка; |
| по метрологическим свойствам | средство измерения; |
| по защищённости от воздействий окружающей среды | оболочка со степенью защиты IP54 по ГОСТ14254; |
| по стойкости к механическим воздействиям | N2; |
| по устойчивости к воздействию влажности окружающего воздуха | ДЗ; |
| по устойчивости к воздействию атмосферного давления | Р1. |
Функционально прибор состоит из трех законченных узлов:
- датчика первичной информации (ДПИ);
- блока обработки (БО);
- блока питания (БП).
Схема соединений составных частей прибора приведена на рисунке 3.2.
| Поз. | Наименование | Кол-во | Примечание |
| A1 | Датчик КРАУ5.184.002-01 | ||
| A2 | Блок питания КРАУ5.087.007 | ||
| A3 | Блок обработки КРАУ5.103.002 | ||
| FU1 | Предохранитель КРАУ6.616.000 | ||
| R1 | Резистор WH10-1R5 ±5%, order code 344-679 | Farnel | |
| XP1 | Вилка РС7ТВ АВ0.364.04ТУ | ||
| XT1 | Клеммная колодка КРАУ6.120.001 |
Рисунок 3.2. Преобразователь точки росы «КОНГ-Прима-2». Схема соединений
Максимальное сопротивление линии связи между источником питания и прибором, в зависимости от напряжения источника питания, указано в таблице 2.
Таблица 2
| Uп, В | ||||||||||||
| Rmax, Ом | 0,2 | 1,2 | 2,5 | 5,0 | 6,5 | 10,4 | 15,7 | 18,3 | 19,2 | 20,2 | 24,7 |
Линия связи представляет собой кабель электрический с количеством жил не менее 4-х, сечением жилы не менее 0,75 мм2, с наружным диаметром (8-11,5) мм (например, контрольные кабели типа КВВБбГ, КВВБГ).
Устройство и работа ДПИ
ДПИ предназначен для реализации режимов охлаждения, стабилизации и нагрева по командам с БО, а также для выдачи в БО электрических сигналов, соответствующих температуре и уровню сигнала фотоприемника (фотосигнала).
ДПИ является оптоволоконным преобразователем и обеспечивает изменение значений выходного сигнала при появлении или исчезновении влаги на его чувствительном элементе.
ДПИ (чертеж приведен на рисунке 3.3) состоит из корпуса 1, измерителя 2, терморезистора 3 для измерения температуры чувствительного элемента, терморезистора 4 для измерения температуры корпуса датчика, трехкаскадной термоэлектронной батареи 5, оптического волокна 6.
В измерителе 2 размещены светодиод, фотодиод и световод 6.
ДПИ работает следующим образом.
При охлаждении световода и омывающего его газа до температуры насыщения при рабочем давлении трехкаскадной термоэлектронной батареей, на поверхность изогнутой части световода выпадает конденсат. Фотодиод регистрирует уменьшение интенсивности излучения, введенного в световод от светодиода, что является командой для включения нагрева и регистрации температуры конденсации терморезистором 3, сопряженным с изогнутой частью световода.
| 
|
| Поз. | Обозначение | Наименование |
| КРАУ8.034.014 | Корпус | |
| КРАУ5.185.002 | Измеритель | |
| – | Термодатчик | |
| – | Термодатчик | |
| – | Термоэлектронная батарея (элемент Пельтье) | |
| КРАУ7.245.001 или КРАУ7.245.001−01 | Световод (оптическое волокно) | |
| – | Канал прохождения охлаждающего газа | |
| SFH450-V | Светодиод | |
| SFH250 | Фотодиод |
Рисунок 3.3. Датчик первичной информации.
При нагреве световода и омывающего его газа выше температуры насыщения, с поверхности изогнутой части световода испаряется конденсат и фотодиод регистрирует увеличение интенсивности излучения, что является командой для включения охлаждения и регистрации температуры испарения.
После вышеописанного процесса включается непрерывный нагрев световода в течение четырех минут, а в блоке БО вычисляется точка росы как среднее значение температур конденсации и испарения.
БО обеспечивает:
- питание светодиода ДПИ импульсным током;
- измерение сигналов с фотодиода и терморезистора ДПИ;
- вычисление и индикацию точки росы;
- преобразование значений точки росы в унифицированный токовый сигнал 4...20 мА;
- управление коммутатором тока, питающего термоэлектронную батарею ДПИ по заданной программе.
Основным элементом БО является микроЭВМ, которая собрана на двух микросхемах: одна из них представляет собой однокристальный микропроцессор, совмещенный с 4-канальным 12-разрядным АЦП и с контроллером жидкокристаллического индикатора, другая - электрически перепрограммируемое ПЗУ.
На входы АЦП микроЭВМ поступают сигнал с терморезисторов и, через усилитель фототока и синхронный детектор, сигнал с фотодиода. Анализируя эти сигналы, микроЭВМ вычисляет значение точки росы, которое отображается на жидкокристаллическом индикаторе, и по двум линиям связи в последовательном коде передается на схему токового выхода, а также формирует два сигнала управления коммутатором тока, входящего в состав БП.
Усилитель фототока обеспечивает усиление сигнала фотодиода до величины, необходимой для нормальной работы АЦП. Он состоит из двух каскадов: первый представляет собой преобразователь тока в напряжение с коэффициентом 2 В/мкА, второй является усилителем напряжения с коэффициентом усиления 5.
После усилителя фототока сигнал поступает на синхронный детектор, в состав которого входят операционный усилитель и ключ, на котором импульсный сигнал с фотодиода преобразуется в постоянное напряжение, поступающее через RC-фильтр на вход АЦП микроЭВМ.
Генератор, собранный на двух микросхемах, обеспечивает питание светодиода ДПИ импульсным током типа «меандр» и работу синхронного детектора.
Схема токового выхода собрана на одной микросхеме и обеспечивает преобразование цифрового кода точки росы, поступающего с микроЭВМ, в стандартный токовый сигнал 4-20 мА. Выходной токовый сигнал должен измеряться на нагрузке не более 400 Ом относительно минусового провода питания устройства (18-42) В.
БП преобразует нестабилизированное входное напряжение +(18...42) В в стабилизированное напряжение +15 В, используемое для питания блока обработки, и в стабилизированный ток переключаемой полярности +2,5 A, минус 0,8 А, используемый для питания термоэлектронной батареи ТЭБ.
БП состоит из двух стабилизированных каналов, работающих по принципу ШИМ. Первый обеспечивает стабилизацию тока +2,5 А, второй - стабилизацию постоянного напряжения 15 В и напряжения, используемого для питания ТЭБ в режиме «Нагрев». Первый канал выполнен в виде понижающего стабилизатора, второй - в виде стабилизированного преобразователя с обратным включением диода. Частота преобразования - 100 кГц.
Внутренняя защита БП гарантирует сохранение работоспособности при возникновении следующих перегрузок:
- неверное подключение полярности входного питания. Работоспособность восстанавливается после исправления ошибки подключения;
- уменьшение входного напряжения питания ниже 18 В. Работоспособность восстанавливается после увеличения входного напряжения выше 18 В;
- повышение входного напряжения питания выше 51 В. Работоспособность восстанавливается после замены входного предохранителя.
Входной фильтр обеспечивает подавление высокочастотных помех, распространяющихся по первичной цепи питания.