4-20Ma preizkuševalnik trenutne zanke z op

Senzorji so sestavni del katerega koli merilnega sistema, saj pomagajo pretvarjati resnične parametre v elektronske signale, ki bi jih stroji lahko razumeli. V industrijskem okolju so najpogosteje uporabljeni tipi senzorjev Analogni senzor in Digitalni senzorji. Digitalni senzorji komunicirajo z naslednjimi protokoli 0 in 1, kot so USART, I2C, SPI itd. Analogni senzorji pa lahko komunicirajo s spremenljivim tokom ali spremenljivo napetostjo. Mnogi od nas bi morali poznati senzorje, ki oddajajo spremenljivo napetost, kot so LDR, plinski senzor MQ, senzor Flex itd. Ti analogni napetostni senzorji so povezani s pretvorniki napetosti v tok, da pretvorijo analogno napetost v analogni tok in postanejo senzor spremenljivega toka.

Ta senzor spremenljivega toka sledi protokolu 4-20mA, kar pomeni, da bo senzor oddajal 4mA, ko bodo izmerjene vrednosti 0, in 20mA, ko bo izmerjena vrednost največja. Če senzor oddaja manj kot 4 mA ali več kot 20 mA, lahko to domnevamo kot napako. Senzor oddaja tok skozi zvite žice, ki omogočata pretok moči in podatkov skozi samo 2 žici. Najnižja vrednost ali vrednost „nič“ je 4 mA. To je zaradi situacije, ko lahko pri izhodu nič ali 4mA naprava še vedno napaja. Ker se signal prenaša kot tok, ga lahko pošljemo na dolge razdalje, ne da bi skrbeli za padec napetosti zaradi odpornosti žice ali odpornosti proti hrupu.

V industriji je kalibracija senzorja rutinski postopek, za kalibracijo sistema in za odpravljanje napak pa se opravi testiranje trenutne zanke. Pri preizkušanju trenutne zanke uporablja postopek preverjanja, ki preverja prekinitev komunikacijske linije. Preveri tudi izhodni tok oddajnika. V tem projektu bomo ustvarili osnovni preizkuševalnik tokovnih zank z nekaj komponentami, ki nam omogoča ročno prilagajanje toka od 4ma do 20mA z obračanjem potenciometra. To vezje lahko uporabite kot navidezni senzor za posnemanje programov ali za odpravljanje napak.

Zahteve za komponente

1. PNP tranzistor (uporablja se BC557)
2. Op-ojačevalnik (uporabljen je JRC4558)
3. 300k upor
4. 1k upor
5. 50k 10-vrtljivi potenciometer.
6. 100pF 16V
7. 0,1uF 16V - 2 kosov
8. 100R upor - toleranca 5%
9. LED (poljubna barva)
10. 5V napajalnik
11. Breadboard
12. Priključna žica
13. Multimeter za merjenje toka

Oglejmo si pomembne komponente, uporabljene v tem projektu. Na spodnji sliki je prikazan PNP tranzistor, BC557 pin out.

To je eden najpogostejših tripinskih PNP tranzistorjev. BC557 je enak par NPN BC547. Od leve proti desni so zatiči oddajnik, podstavek in zbiralnik. Drugi enakovredni tranzistorji so BC556, BC327, 2N3906 itd.

Tu uporabljeni opcijski ojačevalnik (JRC4558) sledi istemu pin-diagramu kot pri drugih vrstah opcijskih ojačevalnikov. Pin 1, Pin 2, Pin 3 se uporabljajo za en opcijski ojačevalnik, Pin 5, 6, 7 pa za drugi kanal. Za ta projekt je mogoče uporabiti kateri koli kanal. 8. zatič je pozitiven vir napajanja, 4. zatič pa GND. Za ta projekt se uporablja optični ojačevalnik JRC4558D, vendar bodo delovali tudi drugi opcijski ojačevalniki. Kot so - TL072, LM258, LM358 itd.

5. komponenta na seznamu delov, 50k potenciometer za 10 obratov je iz Bournsa. Številka dela je 3590S-2-503L. Vendar je nekoliko draga komponenta. V ta namen je najprimernejši lonec za 10 vrtljajev, vendar so tudi drugi generični potenciometri dobro delovali. Razlika je v tem, da bo ločljivost manjša pri generičnem potenciometru, zaradi česar povečanje ali zmanjšanje trenutnega vira ne bo nemoteno. V tem projektu se uporablja potenciometer Bourns. V pinouts za BOURNS potenciometer je malce zmedeno v primerjavi s standardnimi potenciometer pinouts. Na spodnji sliki je prvi zatič z leve zatič brisalca. Pri povezovanju tega potenciometra v kateri koli aplikaciji je treba biti previden.

Shema vezja

Popoln diagram vezja za preizkuševalnik tokovne zanke 4-20mA je prikazan spodaj.

Kot lahko vidite, je vezje precej preprosto, sestavljeno je iz op-amp-a, ki poganja tranzistor. Izhodni tok tranzistorja se napaja na LED, ta izhodni tok lahko spreminjamo od 0mA do 20mA s spreminjanjem potenciometra in ga lahko merimo s priključenim ampermetrom, kot je prikazano zgoraj.

Op-amp tukaj je zasnovan tako, da deluje kot trenutni vir z negativnimi povratnimi informacijami. Vhodna spremenljiva napetost se poda na neinvertirajoči zatič Op-amp z uporabo potenciometra. Največji izhodni tok (v tem primeru 20 mA) nastavimo z uporom, priključenim na obračalni zatič op-ampera. Zdaj bo op-ojačevalec na podlagi napetosti, ki jo oddaja neinvertirni zatič iz lonca, usmeril tranzistor, da bo skozi LED dovajal konstanten tok. Ta konstantni tok se bo ohranil ne glede na vrednost obremenitvene upornosti, ki deluje kot vir toka. Ta vrsta ojačevalnika se imenuje Transconductance Ojačevalnik. Vezje je preprosto in ga je mogoče enostavno zgraditi na plošči, kot je prikazano spodaj.

Delovanje merilnika toka 4-20mA

LED tukaj deluje kot obremenitev, tokokrog toka pa zagotavlja potreben tok obremenitvi. Obremenitveni tok napaja BC557, ki ga neposredno krmili ojačevalnik 4558. Na pozitivnem vhodu ojačevalnika potenciometer daje referenčno napetost. Odvisno od referenčne napetosti op-amp ojačevalnemu toku zagotavlja osnovo tranzistorja. Dodatni serijski upor se doda čez potenciometer, da omeji referenčno napetost in izhod ojačevalnika, kar ustvarja mejo od 0 mA do 20 mA. Če spremenite to vrednost upora, spremenite tudi minimalno na največjo izhodno mejo toka.

Preskušanje vezja

Ko je vezje zgrajeno, ga napajajte z reguliranim 5Vsource. Uporabil sem napajalno ploščo, podobno kot smo zgradili prej, za napajanje vezja, kot je prikazano spodaj.

Opomba: Za 300k upor se uporabljata dva upora v serijah 100k in 200k.

Za preizkušanje vezja sem uporabil multimeter v načinu Amp in namesto ampermetra, ki je prikazan na vezju, priključil njegove sonde. Ta priročnik za uporabo multimetra lahko preverite, če ste z multimetri novi. Ko spreminjam potenciometer, lahko opazimo trenutno vrednost multimetra, ki se giblje od 4mA do 20mA. Celoten delovni video lahko najdete na dnu tega.

Uporabe tokokroga za preizkušanje zanke

Glavna aplikacija preizkuševalnika tokovne zanke 4-20mA je testiranje ali kalibracija PLC strojev, ki sprejemajo protokol 4-20 mA, in zagotavljanje podatkov glede na to. Zaradi napačne kalibracije je PLC zaznal vrednost napake. Ne samo kalibracija, ampak tudi primeren postopek za preverjanje trenutne prekinitve zanke.

Uporaba tokovne zanke 4-20mA ima velik obseg pri industrijski avtomatizaciji in nadzornem sistemu. Kot na primer pretok vode, položaj ventila, proizvodnja olja in s tem povezani senzorji, ki so bistveni za proizvodni postopek, uporabljajo komunikacijsko linijo 4-20 mA. Odpravljanje napak in iskanje napak je ključno delo v panogi, da prihranite čas in denar. Natančen preizkuševalnik tokovne zanke 4-20 mA je bistveno orodje za reševanje težav, povezanih s senzorji.

Omejitve 4-20mA tokovnega preizkuševalnika

Vezje ima določene omejitve. Industrijsko okolje je zelo ostro kot laboratorijsko okolje. Zato mora biti vezje sestavljeno iz različnih zaščitnih vezij, kot so zaščita pred kratkim stikom in prenapetostne zaščite na vseh vhodih in izhodih, kar je primerno za uporabo v industrijskih okoljih.