Испитивач струје петље 4-20Ма помоћу оп

Сензори су саставни део сваког мерног система јер помажу у претварању параметара из стварног света у електронске сигнале које машине могу разумети. У индустријском окружењу, најчешће коришћени тип сензора су аналогни сензори и дигитални сензори. Дигитални сензори комуницирају са 0 и 1 протоколима као што су УСАРТ, И2Ц, СПИ итд. А аналогни сензори могу комуницирати променљивом струјом или променљивим напоном. Многи од нас би требало да буде упознат са сензорима који излазима променљиви напон као ЛДР, сензор за гас МК, Флек сензор итд Ови аналогни напонски сензори су заједно са Волтаге садашњим конвертора за претварање аналогног напона у аналогни струје да постане променљива струја сензор.

Овај сензор променљиве струје следи протокол од 4-20мА, што значи да ће сензор излазити 4мА када су измерене вредности 0 и излазити 20мА када је измерена вредност максимална. Ако сензор даје нешто мање од 4мА или више од 20мА, то се може претпоставити као стање квара. Сензор емитује струју кроз уплетене жице омогућавајући и напајању и подацима проток кроз само 2 жице. Најнижа или 'нулта' вредност је 4мА. То је због ситуације у којој када је излаз нула или 4мА и даље може напајати уређај. Такође, будући да се сигнал преноси као струја, он се може послати на велике даљине без бриге о паду напона због отпора жице или о отпорности на буку.

У индустрији је калибрација сензора рутински процес, а за калибрацију система, као и за решавање проблема са грешкама, врши се испитивање тренутне петље. У тренутном тестирању петље користи поступак верификације који проверава прекид комуникационе линије. Такође проверава излазну струју предајника. У овом пројекту ћемо створити основни испитивач струјне петље користећи неколико компоненти што нам омогућава ручно подешавање струје од 4ма до 20мА окретањем потенциометра. Ово коло се може користити као лажни сензор за емулацију програма или за отклањање грешака.

Захтеви за компоненте

ПНП транзистор (користи се БЦ557)
Оп-појачало (користи се ЈРЦ4558)
300к отпорник
1к отпорник
50к потенциометар од 10 окретаја.
100пФ 16В
0,1уФ 16В - 2ком
Отпорник 100Р - толеранција 5%
ЛЕД (било која боја)
Напајање од 5В
Бреадбоард
Прикључна жица
Мултиметар за мерење струје

Погледајмо важне компоненте коришћене у овом пројекту. На доњој слици приказан је ПНП транзистор, БЦ557 пин оут.

Ово је један од најчешћих три пинска ПНП транзистора. БЦ557 је идентични пар НПН БЦ547. Са леве на десну страну прибадаче су емитер, база и колектор. Други еквивалентни транзистори су БЦ556, БЦ327, 2Н3906 итд.

Оптичко појачало које се овде користи (ЈРЦ4558) прати исти пин дијаграм као и код других типова опио појачала. Пин 1, Пин 2, Пин 3 се користе за једно опционо појачало, а Пин 5, 6, 7 који се користе за други канал. За овај пројекат се може користити било који канал. Осми пин је позитиван извор напајања, а четврти пин је ГНД. За овај пројекат користи се ЈРЦ4558Д оп-појачало, али такође ће радити и друга оп-појачала. Као што су попут - ТЛ072, ЛМ258, ЛМ358 итд.

Пета компонента на листи делова, 50к потенциометар од 10 окретаја је од Боурнса. Број дела је 3590С-2-503Л. Међутим, то је мало скупа компонента. За ову сврху је најбољи лонац од 10 окретаја, али и други генерички потенциометри су добро функционисали. Разлика је у томе што ће резолуција бити мања код генеричког потенциометра због чега повећање или смањење тренутног извора неће бити глатко. У овом пројекту се користи Боурнсов потенциометар. У Дисплеј за Боурнс потенциометар је мало збуњујуће у поређењу са стандардним потенциометар Дисплеј. На доњој слици, први клин са леве стране је клин за брисаче. Треба бити опрезан приликом повезивања овог потенциометра у било којој апликацији.

Кружни дијаграм

Комплетни дијаграм кола за испитивач струје петље 4-20мА приказан је испод.

Као што видите, склоп је прилично једноставан, састоји се од оп-појачала које покреће транзистор. Излазна струја из транзистора доводи се на ЛЕД, ова излазна струја се може мењати од 0мА до 20мА променом потенциометра и може се мерити амперметром повезаним као што је горе приказано.

Овде је Оп-амп дизајниран да ради као тренутни извор са негативним повратним информацијама. Улазни променљиви напон даје се неинвертујућем пину Оп-појачала помоћу потенциометра. Максимална излазна струја (у овом случају 20мА) подешава се помоћу отпорника повезаног на инвертирајућу иглу оп-појачала. Сада на основу напона који се даје на неинвертујући пин из лонца, опцијско појачало ће преусмерити транзистор да кроз ЛЕД доведе константну струју. Ова константна струја ће се одржавати без обзира на вредност отпора оптерећења која делује као извор струје. Овај тип појачавача назива се појачалом транскондуктивности. Коло је једноставно и лако се може конструисати на плочи као што је приказано доле.

Рад испитивача струје петље 4-20мА

ЛЕД овде делује као оптерећење, а круг струјне петље даје потребну струју оптерећењу. Струју оптерећења напаја БЦ557 који се директно контролише помоћу оптичког појачала 4558. На позитивном улазу појачала потенциометар даје референтни напон. У зависности од референтног напона, оп-појачало обезбеђује струју пристраности на бази транзистора. Додатни серијски отпорник додаје се преко потенциометра да би ограничио референтни напон као и излаз појачала, стварајући тако границу од 0мА до 20мА. Промена ове вредности отпорника такође мења минималну до максималну излазну границу струје.

Испитивање кола

Једном када је склоп изграђен, напајајте га помоћу регулисаног извора од 5 В. Користио сам напајање за плочу, слично ономе што смо раније направили, за напајање кола као што је приказано доле.

Напомена: За 300к отпорник користе се два отпорника у серијама 100к и 200к.

Да бих тестирао струјни круг, користио сам мултиметар у режиму појачала и повезао његове сонде уместо амперметра приказаног на дијаграму кола. Овај водич за употребу мултиметра можете проверити ако сте нови са мултиметром. Како варирам потенциометар, тренутна вредност мултиметра може се приметити у распону од 4мА до 20мА. Комплетан радни Видео се може наћи на дну ове.

Примене струјног круга испитивача петље

Главна примена испитивача петље струје од 4-20мА је тестирање или калибрација ПЛЦ машина које примају протокол од 4-20мА и обезбеђивање података у зависности од њега. Стога је погрешна калибрација резултирала вредношћу грешке коју је ПЛЦ уочио. Не само калибрација, већ је и згодан поступак за проверу тренутног прекида петље.

Примена струјне петље 4-20мА има огроман опсег у индустријској аутоматизацији и управљачком систему. Као што су проток воде, положај вентила, производња уља и повезани сензори који су од суштинског значаја за производни процес, сви користе комуникациону линију од 4-20 мА. Отклањање грешака и проналажење кварова је пресудан посао у индустрији ради уштеде времена и новца. Тачан испитивач струјне петље од 4-20 мА је основни алат за решавање проблема повезаних са сензорима.

Ограничења испитивача петље струје од 4-20мА

Коло има одређена ограничења. Индустријско окружење је врло сурово од окружења у лабораторији. Стога би круг требало да се састоји од различитих заштитних кругова попут заштите од кратког споја и пренапонске заштите на свим улазима и излазима који су погодни за употребу у индустријским окружењима.