ПИ регулятор с частотным входом и токовым выходом

Частотные преобразователя (ЧП) находят все большее применение в сфере ЖКХ. Например , для водоснабжения часто применяют систему из датчика водяного давления, частотного преобразователя и насоса напорной системы. В зависимости от водоразбора, частота питающего напряжения насоса изменяется для поддержания постоянного давления воды в магистрали.

Задачей данного проекта являлось поддержание постоянного расхода воды в объеме, на порядок меньшем, на которые был рассчитан трубопровод и производительность подающего насоса. Для информации о расходе воды использовали показания расходомера, установленного на подающей магистрали. К сожалению, стыковка водяного расходомера с частотным преобразователем не всегда доступна. Если для расходомера выходной сигнал в виде частоты в функции с расходом становиться чуть ли не стандартом де-факто, то частотный вход на частотном преобразователе встретишь, как правило, на мощных, «продвинутых» и, соответственно, дорогостоящих моделях. Чаще, для возможности регулирования ЧП оборудуют входом управляющего тока или напряжения. Указанные выше обстоятельства, часто ставят в тупик разработчика, который привык действовать, не выходя за рамки готовых «стандартных» изделий. Для меня же они явились очередным поводом взяться за паяльник.

Схема устройства, представленного выше измеряет расход воды с расходомера в функции частоты, и, в зависимости от установленного положения потенциометра R9, формирует ток управления для ЧП в диапазоне 4—20мА. Питание устройства +24 В  осуществляется от отдельного источника питания постоянного тока этого напряжения. Возможно также использовать штатный  источник питания +24 В , который встраивается в любой ЧП, с изначальной целью питания всякого рода дополнительных схем и датчиков с низковольтным питанием. Допустимый ток такого источника обычно составляет 50—200мА, что вполне достаточно для питания дополнительных схем подобного рода. Поскольку ключ выходного оптрона частотного выхода расходомера не рассчитан на напряжение выше +15 В, это напряжение формируется в схеме с помощью вспомогательной цепи из стабилитрона VD7, C8 и R3. Транзисторный ключ VT1 – формирователь фронтов импульсов частоты расходомера, VT2 предназначен для сведения к минимуму длительности этих импульсов, что необходимо для правильной работы преобразователя «частота-напряжение», построенного на элементах C2, R5, VD1, VD2, R6, R7. Принцип работы этого преобразователя подробно описан в литературе [1] и достаточно качественно преобразует частоту в напряжение, с тем, чтобы сравнить его с установочным потенциалом на входе 3 интегральной микросхемы DA1.1. Вторая половина этой микросхемы служит для согласования сопротивления с выходным каскадом формирователя тока на транзисторе VT3. Когда схема находится в зоне устойчивого регулирования, светодиод VD4 сигнализирует об этом миганием. Цепь из транзистора VT4 , VD6, R21, R22, C7 предназначена для ограничения значения выходного тока ниже обеспечения необходимой устойчивости. Поскольку насос подачи и связанный с ним технологический трубопровод представляет собой сложную динамическую систему, при некоторых уровнях жидкости в резервуаре подачи возможно возникновение колебаний расхода , что предотвращается использованием указанной цепи.

Для удобства наблюдения за светодиодом VD4  схема была помещена в прозрачный корпус из поликарбоната, в котором были проделаны необходимые отверстия для возможности доступа к шлицам настроечных потенциометров. (фото 1)

Литература: Справочная книга радиолюбителя конструктора, ред. Чистяков Н.И., 1990, М. «Радио и связь», стр. 346