Наш магазин на eBay Наш магазин на AliExpress Наш канал в telegram

Активные и пассивные датчики, сигналы, входы и выходы. Как во всём этом разобраться и легко запомнить.

Людям, занимающимся автоматизацией, очень часто приходится разбираться с тем, как правильно соединять друг с другом различные приборы, например, как подключить датчик к измерительному преобразователю или к модулю ввода-вывода и так далее. В связи с тем, что при этом очень часто возникает путаница, я решил максимально просто и доступно рассказать о том, какие есть варианты и как со всем этим разобраться. Сразу скажу, что речь в статье идёт только об аналоговых сигналах (цифровые протоколы — это совершенно отдельная тема со своими нюансами).

Итак. Первое. У электрической цепи всего 3 параметра: напряжение, сопротивление и ток, соответственно, датчики с аналоговым электрическим выходом могут быть всего трёх типов: с напряженческим выходом, с токовым выходом или с выходом, пропорциональным сопротивлению (специально не написал «резистивным», чтобы учесть ёмкость и индуктивность, которые определяют комплексное сопротивление цепи). Да, да, строго говоря, все три параметра могут быть комплексными, импульными, бог его знает ещё какими и, соответственно, менять можно ещё ёмкость, индуктивность, частоту и тому подобное. Но! Это всё экзотика, которую вы почти наверняка нигде не встретите. В обычной жизни, 99% аналоговых датчиков чаще всего меняют на выходе постоянное напряжение, постоянный ток или активное сопротивление. Это просто, доступно, удобно и надёжно, поэтому делать что-то ещё в обычных условиях нет никакого смысла.

Параметры электрической цепи

закон Ома

[свернуть]

Второе. Выходы и входы приборов в электрической цепи могут быть активными или пассивными. Иногда ещё можно услышать термины активный/пассивный сигнал (сигнал с активного/пассивного выхода), активный/пассивный датчик (датчик с активным/пассивным выходом), активный/пассивный входной/выходной модуль (модуль, у которого входы/выходы активные/пассивные) и так далее.
Смысл тут вот в чём: активный вход/выход — это такой, который передаёт в цепь энергию и вызывает возникновение в цепи тока, а пассивный — это такой, который в цепь энергию не передаёт и возникновение тока в цепи не вызывает. Поскольку для возникновения в цепи тока нужно напряжение, то активный I/O очень просто определить по тому факту, что на его разомкнутых концах это самое напряжение присутствует. Соответственно, у пассивного входа/выхода напряжение на разомкнутых концах отсутствует.

Проверка типа выхода

проверка типа выхода

[свернуть]

Едем дальше. Все датчики, у которых выходным измеряемым параметром является активное сопротивление могут быть подключены по двух- трёх- или четырёх- проводной схеме. При этом вообще не важно по какой схеме они подключены, — выходы таких датчиков всегда пассивные. Примером таких датчиков могут быть термометры сопротивления.

Датчики, у которых выходным измеряемым параметром является напряжение, наоборот, всегда имеют активный выход. Соответственно, раз они сами являются источниками тока в цепи, значит они откуда-то должны брать энергию, чтобы передавать её в цепь. Тут всего два варианта — либо генерировать самим (как термопары), либо получать извне. Ясно, что в первом случае датчики будут подключаться по двухпроводной схеме, во всех остальных случаях проводов нужно больше. Дополнительные провода как раз нужны для подвода энергии извне, проще говоря — для питания датчика (и его выхода, в том числе).
Стоит сказать, что иногда, в том случае, если для питания выхода есть отдельные клеммы, выходы называют пассивными (так, например, делает Овен). Суть в том, что, во-первых, если такой выход не запитать внешним питанием — никакого полезного сигнала с него получить не удастся, и, во-вторых, выходной сигнал напряжения от этого датчика, в любом случае, будет сам генерировать ток в измерительном контуре приёмника сигнала.
Насчёт случая, когда датчик сам генерирует энергию, хочу дополнить, что кроме термопар, я, честно говоря, никаких других подобных датчиков сходу даже и не вспомню. При этом энергии они генерируют очень-очень мало, напряжения там измеряются милливольтами, а токи — микроамперами.

Следующая категория — датчики с токовым выходом. Здесь выходы могут быть как пассивные, так и активные. Но! Если датчик подключен по двухпроводной схеме — он всегда пассивный, ему просто негде взять энергию, чтобы отдавать на выход, во внешнюю цепь. Если датчик подключен по трёх- или четырёхпроводной схеме — возможны оба варианта. Как я уже говорил, проверяется довольно просто, — размыкаем цепь и тыкаем в клеммы датчика. Есть напряжение — выход активный, нет — пассивный.

Обратите внимание, когда мы говорим, что датчик подключен по двух-, трёх- или четырёх- проводной схеме, то нужно считать именно количество проводов, которые подходят к датчику. Это вроде бы очевидно, но почему-то некоторые начинают считать провода не там, где надо.

Итак, кратко резюмируем. Если это не термопара, то при подключении датчика по двухпроводной схеме, выход всегда будет пассивный. Если нужен активный выход и датчик сам не может генерировать энергию (как термопара), то он, в любом случае, должен быть запитан извне.
Вот, кстати, Жан Батист Эммануэль Зорг вам то же самое говорит, чтобы лучше запомнили:

Мистер Зорг про активный выход

мистер Зорг и мангалоры

[свернуть]

С датчиками разобрались. Теперь о том, какие датчики к каким входам подключать. Тут всё просто. Датчики с активными выходами подключаем к модулям с пассивными входами, датчики с пассивным выходами — к модулям с активными входами. Можно ли датчики с пассивными выходами подключить к модулям с пассивными входами? Можно, но тогда в цепь нужно добавить источник питания. Можно ли датчики с активными выходами подключить к модулям с активными входами? Нет, так делать нельзя.

Чтобы очень легко всё это запомнить, можно провести такую аналогию, — представьте, что пассивные входы/выходы — это «девочки», а активные входы/выходы — это «мальчики». И вам нужно так всё это соединить, чтобы в итоге родилось что-то работающее. Могут два «мальчика» вместе что-то родить? Нет, ничего, кроме геморроя, у них не выйдет, конструкция не та . А мальчик с девочкой? Конечно! Это идеальный вариант. Ну а две девочки? В принципе да (это же девочки, значит конструкция позволяет), но сами по себе — нет, нужно добавить в схему «мальчика» (блок питания), тогда всё получится.

Ну, вот как-то так.

Добавить комментарий