Измерительные преобразователи: как выбрать и где применять

При автоматизации управления техпроцессами в энергетике, на промышленных предприятиях и объектах с развитой сетью электроснабжения ключевую роль играют информационно-измерительные системы (ИИС). Они обеспечивают сбор, обработку, накопление и передачу информации о состоянии различного оборудования, электросистем. Первичную обработку параметров контролируемой среды в таких системах осуществляют измерительные преобразователи (ИП), служащие связующим звеном между объектом измерения и системами верхнего уровня. Они преобразуют электрические величины: ток, напряжение и другие — в унифицированный сигнал для последующей передачи по линиям связи или интеграции в АСУ.

Виды измерительных преобразователей

По типу измеряемого входного сигнала устройства делят на три основные группы.

1. Преобразователи тока

Такие ИП могут быть универсальными, способными работать с любым типом тока, и специализированными, ориентированными только на переменный. Вторая разновидность приборов проще по конструкции и дешевле. При этом они сохраняют достаточную точность.

Например, одним из самых доступных на рынке является однофазный преобразователь Omix A1-1-I420-N2. Он представляет собой щитовое устройство для сетей переменного тока, выдающий аналоговый сигнал 0…20 мА, что упрощает интеграцию в системы управления. Модель допускает подключение внешнего трансформатора тока. Она способна выдерживать длительные перегрузки до 6 А. При этом пользователь может самостоятельно задать диапазон преобразования тока внутри допустимой шкалы.

При выборе прибора важно учесть:

• диапазон измерения тока и его максимальное значение;
• тип выходного сигнала (напряжение или ток);
• класс точности и температурную стабильность;
• наличие гальванической развязки и допустимую частоту измерения;
• способ установки (на DIN-рейку, в щит, на печатную плату и т. д.).

2. Преобразователи напряжения

Применяются для измерения и преобразования напряжения в аналоговый сигнал. Ключевая особенность этих устройств — необходимость ограничения высокого входного напряжения, что реализуется с помощью встроенного или внешнего резистора. Выбор зависит от конкретных условий монтажа и требований к безопасности.

Существуют как однофазные, так и трехфазные версии, которые фактически объединяют три независимых канала в одном корпусе. Преобразователи напряжения востребованы в распределительных сетях, шкафах АСУ ТП, системах диспетчерского управления и на объектах с высоковольтным оборудованием.

Примером такого типа ИП служит Omix P94-V1-1-K-I420. Этот канальный вольтметр измеряет напряжение от 0 до 500 В напрямую, а также до 10 кВ через трансформатор. Оснащен четырехразрядным LED-индикатором, аналоговым и релейным выходами. Точность измерения составляет ±0,5 %, что подходит для задач контроля и защиты в распределительных щитах или системах автоматики.

3. Преобразователи мощности

Эти устройства сочетают в себе функции датчиков тока и напряжения, определяя реальное потребление активной мощности в цепях переменного или постоянного тока. Измерения могут производиться без разрыва токопроводящих частей, что особенно важно для эксплуатации на действующих объектах.

В основе таких приборов — специализированные микросхемы, выполняющие цифровую обработку сигнала и вычисление среднеквадратичного значения мощности.

Преобразователи мощности востребованы:

• в системах коммерческого учета;
• мониторинге промышленного оборудования;
• энергосервисных решениях и энергоаудите.

Они способны выявлять нештатные режимы, например скрытые неисправности электродвигателей, фиксируя рост потребляемой мощности задолго до фактического отказа.

Аналоговый или цифровой

В зависимости от метода обработки и передачи выходного сигнала все измерительные преобразователи делятся на две основные категории:

• с аналоговым выходом (4–20 мА и др.);
• с цифровым выходом (RS-485, Modbus, Profibus, Ethernet и т. д.).

Рассмотрим их более подробно.

Аналоговые преобразователи

Получили широкое распространение в 70–90-х годах, особенно на энергообъектах, где телемеханика строилась на базе аналоговых сигналов. Такие устройства преобразуют измеряемый параметр в унифицированный сигнал постоянного электротока, который может использоваться для визуальной индикации или дистанционной передачи. Несмотря на устаревание, они остаются актуальными благодаря своей доступности и простоте. Время установления выходного сигнала не превышает 1 секунды. Это приемлемо для большинства небыстродействующих систем.

Цифровые преобразователи

Несмотря на более высокую цену, эти модели сегодня являются стандартом при проектировании новых систем. Политика крупных энергетических компаний предусматривает исключительно цифровой формат передачи измерительной информации. Это позволяет:

• повысить точность и быстродействие;
• упростить организацию линий связи (достаточно витой пары для RS-485);
• обеспечить подключение модулей индикации и дополнительных устройств;
• расширить диапазон допустимого питания (от 12 В до 230 В);
• обеспечить трехуровневую гальваническую развязку (вход, выход, питание).

Примером цифровых приборов является трехфазный модуль ввода параметров сети ARM-E110.3P. Эта модель предназначена для мониторинга напряжения и тока в 3-фазной сети с последующей передачей данных по RS‑485 (Modbus). С устройством можно строить системы диспетчерского контроля и сбора данных в промышленности, ЖКХ, сельскохозяйственном и транспортном сегменте. Диапазон измерений охватывает до 500 В напряжения и до 10 А по току (через внешние трансформаторы) с точностью ±1 %. Модуль обеспечивает гальваническую развязку, сохранение настроек при отключении питания. Защищен от перегрузок, короткого замыкания, обратной полярности. Крепится на DIN‑рейку, имеет настраиваемые скорость и адрес порта.

Межповерочный интервал

У аналоговых ИП межповерочный интервал чаще всего составляет 1 год. У цифровых устройств он может быть увеличен до 4–6 лет. Этой характеристике проектировщики и производители электротехнических шкафов обычно не уделяют много внимания, поскольку она для них не очень важна. В то же время с ней сталкивается метрологическая служба, которая обслуживает приборный парк. Она обязана поверять каждый измерительный прибор с периодичностью, указанной в технических условиях конкретной модели. Если межповерочный интервал увеличен, снижаются затраты на обслуживание средств измерений.