4-20Ma ispitivač struje petlje pomoću op

Senzori su sastavni dio bilo kojeg mjernog sustava jer pomažu u pretvaranju parametara iz stvarnog svijeta u elektroničke signale koje strojevi mogu razumjeti. U industrijskom okruženju, najčešće korištena vrsta senzora su analogni senzori i digitalni senzori. Digitalni senzori komuniciraju s 0 i 1 slijedećim protokolima poput USART, I2C, SPI itd. A analogni senzori mogu komunicirati promjenjivom strujom ili promjenjivim naponom. Mnogi od nas trebali bi biti upoznati sa senzorima koji emitiraju promjenjivi napon poput LDR-a, MQ-senzora plina, Flex-senzora itd. Ovi analogni senzori napona povezani su s pretvaračima napona u struju kako bi analogni napon pretvorili u analognu struju kako bi postali senzor promjenjive struje.

Ovaj senzor promjenjive struje slijedi protokol 4-20mA, što znači da će senzor izlaziti 4mA kad su izmjerene vrijednosti 0 i izlazit će 20mA kad je izmjerena vrijednost maksimalna. Ako senzor daje nešto manje od 4mA ili više od 20mA, to se može pretpostaviti kao stanje kvara. Senzor emitira struju kroz upletene žice omogućujući i napajanju i podacima protok kroz samo 2 žice. Najniža ili 'nulta' vrijednost je 4mA. To je zbog situacije u kojoj kada je izlaz nula ili 4mA i dalje može napajati uređaj. Također, budući da se signal prenosi kao struja, može se poslati na velike udaljenosti, ne brinući se zbog pada napona zbog otpora žice ili otpornosti na buku.

U industriji je kalibracija senzora rutinski postupak, a za kalibraciju sustava, kao i za rješavanje problema s pogreškama, provodi se ispitivanje trenutne petlje. U trenutnom testiranju petlje koristi postupak provjere koji provjerava prekid komunikacijske linije. Također provjerava izlaznu struju odašiljača. U ovom projektu stvorit ćemo osnovni ispitivač strujne petlje pomoću nekoliko komponenata što nam omogućuje ručno podešavanje struje od 4ma do 20mA okretanjem potenciometra. Ovaj se krug može koristiti kao lažni senzor za oponašanje programa ili za uklanjanje pogrešaka.

Zahtjevi za komponente

1. PNP tranzistor (koristi se BC557)
2. Op-pojačalo (koristi se JRC4558)
3. 300k otpornik
4. 1k otpornik
5. 50k potenciometar od 10 okretaja.
6. 100pF 16V
7. 0,1uF 16V - 2kom
8. Otpornik 100R - tolerancija 5%
9. LED (bilo koja boja)
10. Napajanje od 5V
11. Breadboard
12. Priključna žica
13. Multimetar za mjerenje struje

Pogledajmo važne komponente korištene u ovom projektu. Na slici dolje prikazan je PNP tranzistor, BC557 pin out.

Ovo je jedan od najčešćih tropolnih PNP tranzistora. BC557 identičan je par NPN BC547. S lijeva na desno pribadače su emiter, baza i kolektor. Ostali ekvivalentni tranzistori su BC556, BC327, 2N3906 itd.

Ovdje korišteno opcijsko pojačalo (JRC4558) slijedi isti pin dijagram kao i kod ostalih tipova opcijskih pojačala. Pin 1, Pin 2, Pin 3 koriste se za jedno opcijsko pojačalo, a Pin 5, 6, 7 koji se koriste za drugi kanal. Za ovaj se projekt može koristiti bilo koji kanal. 8. pin je pozitivni izvor napajanja, a 4. pin je GND. Za ovaj projekt koristi se JRC4558D Op-pojačalo, ali i druga op-pojačala će raditi. Kao što su poput - TL072, LM258, LM358 itd.

5. komponenta na popisu dijelova, 50k potenciometar od 10 okretaja dolazi od Bournsa. Broj dijela je 3590S-2-503L. Međutim, to je malo skupa komponenta. Lonac od 10 okretaja najbolji je za ovu svrhu, ali i drugi generički potenciometri također su dobro funkcionirali. Razlika je u tome što će razlučivost biti manja kod generičkog potenciometra zbog čega povećanje ili smanjenje trenutnog izvora neće biti glatko. U ovom se projektu koristi Bournsov potenciometar. U pinouts od Bourns potenciometar je malo konfuzno u usporedbi sa standardnim potenciometra pinouts. Na slici dolje, prvi zatik s lijeve strane je zatik brisača. Treba biti oprezan prilikom povezivanja ovog potenciometra u bilo kojoj aplikaciji.

Kružni dijagram

Kompletna shema kruga za ispitivač struje petlje 4-20mA prikazana je u nastavku.

Kao što vidite, sklop je prilično jednostavan, sastoji se od opcijskog pojačala koje pokreće tranzistor. Izlazna struja iz tranzistora dovodi se na LED, ta se izlazna struja može mijenjati od 0mA do 20mA varirajući potenciometar i može se mjeriti ampermetrom spojenim kako je gore prikazano.

Ovdje je Op-amp dizajniran za rad kao trenutni izvor s negativnim povratnim informacijama. Ulazni promjenjivi napon daje se potenciometru na neinvertirajući pin osovinskog pojačala. Maksimalna izlazna struja (u ovom slučaju 20mA) podešava se upotrebom otpornika spojenog na invertirajuću iglu op-pojačala. Sada na temelju napona koji se daje na neinvertirajući pin iz lonca, opcijsko pojačalo će preusmjeriti tranzistor da kroz LED dovede konstantnu struju. Ova konstantna struja će se održavati bez obzira na vrijednost otpora opterećenja koja djeluje kao izvor struje. Ova vrsta pojačala naziva se pojačalom za provodljivost. Krug je jednostavan i lako se može konstruirati na ploči kao što je prikazano dolje.

Radovi ispitivača struje petlje 4-20mA

LED ovdje djeluje kao opterećenje, a krug strujne petlje daje potrebnu struju opterećenju. Struju opterećenja napaja BC557 kojim se izravno upravlja opcijskim pojačalom 4558. Na pozitivnom ulazu pojačala potenciometar daje referentni napon. Ovisno o referentnom naponu, op-pojačalo osigurava struju pristranosti na bazi tranzistora. Dodatni serijski otpor dodaje se preko potenciometra kako bi se ograničio referentni napon kao i izlaz pojačala, čime se stvara granica od 0 mA do 20 mA. Promjenom ove vrijednosti otpornika mijenja se i minimalna do maksimalna izlazna granica struje.

Ispitivanje sklopa

Jednom kad je sklop izgrađen, napajajte ga pomoću reguliranog izvora 5 V. Koristio sam strujno napajanje, slično onome što smo ranije izgradili, za napajanje kruga kao što je prikazano dolje.

Napomena: Za otpornik 300k koriste se dva otpornika u serijama 100k i 200k.

Za testiranje kruga koristio sam multimetar u načinu pojačala i spojio njegove sonde umjesto ampermetra prikazanog na shemi sklopa. Ovaj vodič za upotrebu multimetra možete provjeriti ako ste novi s multimetrima. Kako mijenjam potenciometar, trenutna vrijednost multimetra može se primijetiti u rasponu od 4 mA do 20 mA. Kompletan radni Video se može naći na dnu ove.

Primjene strujnog kruga ispitivača petlje

Glavna primjena ispitivača petlje 4-20mA je testiranje ili kalibracija PLC strojeva koji primaju protokol 4-20 mA i pružanje podataka ovisno o njemu. Stoga je pogrešna kalibracija rezultirala vrijednošću pogreške koju je PLC prepoznao. Ne samo kalibracija, već je i prikladan postupak za provjeru trenutnog loma petlje.

Primjena strujne petlje 4-20mA ima ogroman opseg u industrijskoj automatizaciji i upravljačkom sustavu. Kao što su poput protoka vode, položaja ventila, proizvodnje ulja i pripadajućih senzora koji su ključni za proizvodni proces, svi koriste komunikacijsku liniju 4-20 mA. Otklanjanje pogrešaka i pronalaženje kvarova presudan je posao u industriji radi uštede vremena i novca. Točan ispitivač strujne petlje od 4-20 mA važan je alat za rješavanje problema povezanih sa senzorima.

Ograničenja ispitivača struje petlje 4-20mA

Krug ima određena ograničenja. Industrijsko okruženje vrlo je surovo od okruženja u laboratoriju. Stoga bi se krug trebao sastojati od različitih zaštitnih krugova poput zaštite od kratkog spoja i prenaponske zaštite na svim ulazima i izlazima koji su prikladni za upotrebu u industrijskim okruženjima.