ЖУРНАЛ СТА №4/2025

Проводка должна обладать высокой степенью экранирования и стойкостью к внешним воздействиям. Зачастую ис- пользуется специальная конструкция кабеля с защитным покрытием, допол- нительно изолирующая сигнал от влияния внешних факторов. Стоимость прокладки проводки может составлять значительную долю расходов на созда- ние и обслуживание системы управле- ния предприятием. Особенно велики затраты на прокладку кабелей в зонах с высоким риском возгорания или взрыва, где приходится применять спе- циальные методы защиты. Учитывая огромную значимость си- стем измерения и управления в совре- менном производстве, высокую слож- ность их разработки и внедрения, а так- же влияние множества факторов на на- дёжность функционирования, стабиль- ное и своевременное получение точ- ных сигналов приобретает решающее значение. Поэтому нормирующие пре- образователи и изоляторы сигналов превращаются в важнейшие элементы данных систем. Качественное преобра- зование сигнала заключается не толь- ко в сохранении точности исходных из- мерений, минимизации потери дан- ных и искажении сигналов, возникаю- щих вследствие воздействия электро- магнитных полей, температурных ко- лебаний, влаги, коррозии и т.д., но и включать такие функции, как усиле- ние слабых сигналов, фильтрация шу- мов, коррекция ошибок и передача данных на центральные узлы обработ- ки информации. Правильное выполне- ние этих операций гарантирует высо- кую точность полученных данных, что позволяет быстро реагировать на от- клонения, повышая общую производи- тельность, обеспечивая стабильность и безопасность производства. Обработка сигналов: датчик или преобразователь Термины «датчик» и «преобразова- тель» часто воспринимаются как сино- нимы, однако между ними существуют важные различия. Датчик – это устрой- ство, которое преобразует физическое явление (например, температуру, дав- ление или свет) в электрическое или механическое представление, пригод- ное для дальнейшего анализа или управления системой. Сигнал, генери- руемый датчиком, может представлять собой простое напряжение, ток или да- же механические изменения (напри- мер, смещение стрелки манометра). Преобразователь, напротив, добавляет дополнительный уровень функцио- нальности, обрабатывая исходный сиг- нал датчика. Такая обработка включа- ет усиление слабых сигналов, фильтра- цию шумов, изоляцию электрических цепей или цифровое кодирование ана- логовых значений. Ключевое отличие состоит в том, что преобразователь об- рабатывает сигнал именно там, где он формируется, обеспечивая передачу ка- чественного сигнала высокого уровня в основную систему контроля или мо- ниторинга. Идеально было бы разме- стить устройство обработки прямо ря- дом с каждым датчиком, передавая вы- сокостабильный сигнал в центральную систему. Такое решение уменьшает влияние электромагнитных помех и улучшает качество передачи данных. Тем не менее экономическая целесооб- разность ограничивает реализацию по- добного подхода повсеместно, ведь раз- мещение множества специализиро- ванных устройств требует значитель- ных затрат. Следовательно, выбор оп- тимального решения предполагает ба- ланс между качеством сигнала и общей стоимостью проекта. Реальные датчи- ки редко обеспечивают идеально ли- нейную зависимость между физиче- ским воздействием и выходом сигнала (рис. 3). Типичный пример – большин- ство термопар показывают нелиней- ную характеристику: одно и то же из- менение температуры вызывает раз- ные изменения напряжения в разных частях рабочего диапазона. Для ком- пенсации такой нелинейности приме- няются специальные методы линеари- зации. Вместо сложной программы рас- чёта некоторые устройства, такие как серия модулей SCM5B, оснащены встроенными средствами аппаратной линеаризации. Эти средства реализуют кусочно-линейный метод: задают не- сколько контрольных точек («точек из- лома») на графике нелинейности, пу- тём равномерного распределения по- ложительных и отрицательных откло- нений достигается минимальная сум- марная ошибка соответствия, извест- ная как «error match», в свою очередь выравнивая общую характеристику до линейной формы. Модуль оснащён несколькими сег- ментами для линеаризации, каждый из которых характеризуется точкой на- чала и конца. Чем больше количество таких сегментов, тем точнее прибли- жается итоговая характеристика к иде- альной линейной форме. Стандартные модули предлагают до девяти точек из- лома, обеспечивая точность линеари- зации примерно в диапазоне ±0,015%. График нормальной нелинейности дат- чика и результата аппаратной линеа- ризации наглядно отображены на рис. 4, показывающем упрощённую версию процесса с тремя точками из- лома. Важно отметить, что увеличение числа таких точек ведёт к улучшению качества коррекции и снижению сум- СТА 4/2025 44 www.cta.ru ОБ ЗОРЫ Рис. 3. Линейность на основе выводов датчика Рис. 4. Линеаризация с использованием трёх точек разрыва –f s Нелинейность Идеальная линейная зависимость Выход датчика +f s Вывод Погрешность соответствия Кусочно-линейная аппроксимация Нелинеаризованный выход Линеаризованный выход Ввод Увеличение погрешности Увеличение погрешности Полный диапазон – +