Метод дистанционного измерения с промежуточным частотным преобразованием и архитектура промышленного тензо-контроллера «Тензод‑200» для ДИСТАНЦИОННОГО измерения ВЕСА или СИЛЫ в условиях интенсивного действия промышленных помех.

 

Современные тензометрические приборы и контроллеры для измерения веса или силы, как правило, строятся по «классической» схеме: один или несколько тензорезисторных датчиков силы (ТД) – четырехжильный экранированный тензометрический кабель – вторичный тензометрический  прибор (ВТП).

Как показывает практика, самым «слабым» звеном тензометрических систем, построенных по классической схеме, с метрологической точки зрения и с точки зрения проникновения индустриальных помех на измерительный вход вторичного прибора, является четырехпроводный тензометрический кабель.

Проведенные исследования и  расчеты, показывают, что при изменении температуры погрешность тензометрических систем за счет изменения оммического сопротивления жил кабеля от температуры может быть вычислена по следующей формуле:

                                                                                                                                           (1)

где:     - общее сопротивление тензодатчиков системы;

            - сопротивление соединительных кабелей;

            - изменение сопротивления жил кабеля в зависимости от температуры.

Выразив сопротивление соединительных кабелей через их погонное сопротивление  и длину ; общее сопротивление тензодатчиков системы через количество  и оммическое сопротивление одного тензодатчика ; изменение сопротивления жил кабеля в зависимости от температуры - через ТКС меди  и изменение температуры окружающей среды , получим:

                                                                                                                                                    (2)

В качестве примера вычислим дополнительную температурную погрешность одноплатформенных вагонных весов длиной 14 метров при изменении температуры окружающей среды на 10 °С. Количество тензодатчиков - 4, сопротивление тензодатчиков – 400 Ом, погонное сопротивление жил кабеля – 147 Ом/км, длина соединительных кабелей - 50 м. При подстановке заданных значений в формулу 2, получаем значение дополнительной температурной погрешности весов равное 0,5% на каждые 10 °С. В случае двухплатформенных вагонных весов общая длина соединительных кабелей увеличивается вдвое. В этом случае и температурная погрешность весов равна 1 % на каждые 10 °С. Использование кабеля с сечением  и погонным сопротивлением 30 Ом/км (например марки КРЭТВ) позволяет уменьшить значение температурной погрешности весов до 0,2% на 10 °С. В случае вагона весом 60 т  температурная погрешность из-за влияния кабелей составит 120 кг на каждые 10 °С.

Естественным выходом из этого положения является применение компенсирующего метода измерения, использующего шестипроводный  экранированный тензометрический кабель. Реализация этого метода возможна только в многоканальной аппаратуре. Кроме того, увеличение жил проводов кабеля ведет к уменьшению помехозащищенности тензометрических систем,  усложнению их обслуживания и ремонта из-за применения того же многопроводного экранированного тензометрического кабеля.

Заманчивым с точки зрения эксплуатации тензометрических систем, является использование в качестве канала связи между тензодатчиком и вторичным прибором обычного двухпроводного неэкранированного кабеля, металлического троса или троллеи, изменение оммического сопротивления которых не влияло бы на точность измерения.

Данная «мечта эксплуатационников»  была реализована в приборе «Тензод-200», внесенном в Госреестр Украины № У901‑98, сертификат № UA-M1/1р-283-98.

      «ТЕНЗОД-200» состоит из выносного блока аналого-частотного преобразования (БАЧП) и блока контроллера и индикации (БКИ). БАЧП устанавливается рядом с тензодатчиками, что позволяет без ошибок передавать весоизмерительную информацию в виде  частотного сигнала в БКИ по двухжильному неэкранированному («телефонному» типа «Лапша») проводу или троллее на расстояние  до 1000 метров в условиях интенсивного действия индустриальных  помех. Для исключения влияния оммического сопротивления линии связи  и с целью максимального увеличения помехозащищенности канала связи питание БАЧП и тензодатчиков осуществляется от источника постоянного тока, расположенного в блоке питания БКИ, а выходной частотный сигнал БАЧП имеет форму «меандр». Так как мощность первой гармоника  сигнала типа «меандр» составляет более 60% мощности всего сигнала, помехоустойчивость данного метода передачи по сравнению с другими является максимально возможным. Для сравнения, передача информации с помощью данного метода требует на порядок меньше полосу пропускания канала связи,  чем метод передачи, используемый в интерфейсе RS-485 или  ИРПС.

Помимо использования данного метода передачи информации, контроллер «Тензод‑200» имеет дополнительные потребительские свойства, позволяющие ему надежно работать  в тяжелых промышленных условиях на крупнейших металлургических комбинатах Украины: «Криворожсталь», «Запорожсталь», «Мариупольский МК имени Ильича», «Алчевский МК» и других в конвейерных весах, системах дозирования кокса или ферросплавов в доменных, конверторных, мартеновских и аналогичных цехах.

К таким свойствам контроллера относятся:

- широкий диапазон рабочих температур –30°C … +50°С,

- степень защиты блоков  тензоконтроллера от проникновения внутрь  твердых тел и воды, соответствующая  исполнению  IP54   по ГОСТ 14254-80.

- основная и дополнительная температурная погрешность не хуже ±0,01%;