4-20Ma strāvas cilpas testeris, izmantojot op

Sensori ir neatņemama jebkuras mērījumu sistēmas sastāvdaļa, jo tie palīdz pārveidot reālās pasaules parametrus elektroniskos signālos, kurus mašīnas varētu saprast. Rūpnieciskā vidē parasti tiek izmantoti sensoru veidi - analogie sensori un digitālie sensori. Digitālie sensori sazinās ar 0 un 1 sekojošiem protokoliem, piemēram, USART, I2C, SPI utt. Un analogie sensori varētu sazināties, izmantojot mainīgu strāvu vai mainīgu spriegumu. Daudziem no mums ir jāzina sensori, kas izvada mainīgu spriegumu, piemēram, LDR, MQ gāzes sensors, Flex sensors utt. Šie analogie sprieguma sensori ir savienoti ar spriegumu strāvas pārveidotājiem, lai pārveidotu analogo spriegumu analogajā strāvā, lai kļūtu par mainīgas strāvas sensoru.

Šis mainīgā strāvas sensors ievēro 4-20mA protokolu, tas nozīmē, ka sensors izvadīs 4mA, kad izmērītās vērtības būs 0, un 20mA, ja izmērītā vērtība būs maksimāla. Ja sensora jauda ir mazāka par 4mA vai lielāka par 20mA, to var uzskatīt par kļūmes stāvokli. Sensors izvada strāvu caur vītā pāra vadiem, ļaujot gan jaudai, gan datiem plūst tikai caur 2 vadiem. Zemākā vai “nulle” vērtība ir 4mA. Tas notiek situācijas dēļ, kad, ja izeja ir nulle vai 4mA, tā joprojām var darbināt ierīci. Tā kā signāls tiek pārraidīts kā strāva, to var nosūtīt lielos attālumos, neuztraucoties par sprieguma kritumu vadu pretestības dēļ vai par trokšņu imunitāti.

Nozarēs sensora kalibrēšana ir ikdienas process, un, lai kalibrētu sistēmu, kā arī kļūdu rezultātu novēršanai, tiek veikta pašreizējā cilpas pārbaude. Pašreizējā cikla testēšanā tas izmanto pārbaudes procesu, kas pārbauda sakaru līnijas bojājumus. Tas arī pārbauda raidītāja izejas strāvu. Šajā projektā mēs izveidosim pamata strāvas cilpas testeri, izmantojot dažus komponentus, kas ļauj mums manuāli noregulēt strāvu no 4ma līdz 20mA, pagriežot potenciometru. Šo shēmu var izmantot kā manekena sensoru, lai atdarinātu programmas vai atkļūdotu.

Komponentu prasības

PNP tranzistors (tiek izmantots BC557)
Op-Amp (tiek izmantots JRC4558)
300k rezistors
1k rezistors
50k 10 pagriezienu potenciometrs.
100pF 16V
0.1uF 16V - 2gab
100R rezistors - pielaide 5%
LED (jebkura krāsa)
5V barošanas avots
Maizes dēlis
Savienojuma vads
Multimetrs strāvas mērīšanai

Apskatīsim svarīgos komponentus, kas izmantoti šajā projektā. Zemāk redzamajā attēlā ir parādīts PNP tranzistors, BC557 tapas izeja.

Šis ir viens no visbiežāk sastopamajiem trīs kontaktu PNP tranzistoriem. BC557 ir identisks NPN BC547 pāris. No kreisās uz labo tapas ir Emiters, Bāze un Kolektors. Citi līdzvērtīgi tranzistori ir BC556, BC327, 2N3906 utt.

Šeit izmantotais op-amp (JRC4558) seko tai pašai tapu shēmai, ko izmanto cita veida op-ampēriem. Pin 1, Pin 2, Pin 3 tiek izmantoti vienam op-amp, un Pin 5, 6, 7, ko izmanto otram kanālam. Šim projektam var izmantot jebkuru kanālu. 8. kontakts ir pozitīvs piegādes avots, bet 4. kontakts ir GND. Šim projektam tiek izmantots JRC4558D Op-Amp, taču derēs arī citi op-ampēri. Tādi kā līdzīgi - TL072, LM258, LM358 utt.

Daļu saraksta 5. komponents, 50k 10 apgriezienu potenciometrs ir no Bourns. Daļas numurs ir 3590S-2-503L. Tomēr tas ir mazliet dārgs komponents. Šim nolūkam vislabāk ir 10 pagrieziena katls, taču arī citi vispārējie potenciometri darbojās lieliski. Atšķirība ir tāda, ka ar vispārējo potenciometru izšķirtspēja būs mazāka, tāpēc pašreizējā avota pieaugums vai samazinājums nebūs vienmērīgs. Šajā projektā tiek izmantots Bourns potenciometrs. Par of BOURNS potenciometru pinouts ir mazliet mulsinoša, salīdzinot ar standarta potenciometra pinouts. Zemāk redzamajā attēlā pirmā tapa no kreisās puses ir tīrītāja tapa. Pieslēdzot šo potenciometru jebkurā lietojumprogrammā, jābūt uzmanīgam.

Ķēdes shēma

Pilna 4-20 mA strāvas cilpas testera shēma ir parādīta zemāk.

Kā redzat, ķēde ir diezgan vienkārša, tā sastāv no op-amp, kas vada tranzistoru. Izejas strāva no tranzistora tiek ievadīta LED, šo izejas strāvu var mainīt no 0mA līdz 20mA, mainot potenciometru, un to var izmērīt ar pievienotu ampermetru, kā parādīts iepriekš.

Op-amp šeit ir paredzēts darbam kā strāvas avots ar negatīvām atsauksmēm. Ievades mainīgais spriegums tiek ievadīts Op-Amp neinvertējošajam tapam, izmantojot potenciometru. Maksimālā izejas strāva (šajā gadījumā 20mA) tiek iestatīta, izmantojot rezistoru, kas savienots ar op-Amp invertējošo tapu. Tagad, pamatojoties uz spriegumu, kas tiek nodrošināts no invertēšanas tapas no katla, op-amp pastiprinās tranzistoru, lai caur LED iegūtu pastāvīgu strāvu. Šī pastāvīgā strāva tiks uzturēta neatkarīgi no slodzes pretestības vērtības, kas darbojas kā strāvas avots. Šāda veida pastiprinātājus sauc par transvadītspējas pastiprinātājiem. Kontūra ir vienkārša, un to var viegli izveidot uz maizes dēļa, kā parādīts zemāk.

4-20mA strāvas cilpas testera darbība

Gaismas diode šeit darbojas kā slodze, un strāvas cilpas ķēde nodrošina slodzei nepieciešamo strāvu. Slodzes strāvu nodrošina BC557, ko tieši kontrolē op-amp 4558. Uz pastiprinātāja pozitīvās ieejas potenciometrs nodrošina atsauces spriegumu. Atkarībā no atsauces sprieguma op-amp nodrošina novirzes strāvu tranzistora pamatnei. Papildu sērijas rezistors tiek pievienots pāri potenciometram, lai ierobežotu pastiprinātāja atskaites spriegumu, kā arī izeju, tādējādi izveidojot robežu no 0mA līdz 20mA. Mainot šo rezistora vērtību, tiek mainīta arī minimālā līdz maksimālajai strāvas izejas robežai.

Ķēdes pārbaude

Kad ķēde ir izveidota, barojiet to, izmantojot regulētu 5V avotu. Esmu izmantojis paneļa barošanas avotu, līdzīgu tam, ko mēs uzbūvējām iepriekš, lai darbinātu ķēdi, kā parādīts zemāk.

Piezīme: 300k rezistoram divi rezistori tiek izmantoti sērijās 100k un 200k.

Lai pārbaudītu shēmu, esmu izmantojis multimetru Amp režīmā un pievienojis tā zondes ampērmetra vietā, kas parādīta shēmā. Jūs varat pārbaudīt šo multimetra lietošanas rokasgrāmatu, ja esat jauns multimetru lietotājs. Tā kā es mainu potenciometru, pašreizējo vērtību uz multimetra var pamanīt no 4mA līdz 20mA. Pabeigta darba video var atrast apakšā šo.

Pašreizējās cilpas testera shēmas pielietojums

Galvenais 4-20mA strāvas cilpas testera pielietojums ir PLC mašīnu pārbaude vai kalibrēšana, kas saņem 4-20 mA protokolu un nodrošina datus atkarībā no tā. Tāpēc nepareizas kalibrēšanas rezultātā kļūdas vērtība tika uztverta PLC. Ne tikai kalibrēšana, bet arī ērts process, lai pārbaudītu pašreizējo cilpas pārrāvumu.

4-20mA strāvas cilpas pielietošanai rūpniecības automatizācijā un vadības sistēmā ir milzīgas iespējas. Tādi kā ūdens plūsma, vārsta stāvoklis, eļļas ražošana un saistītie sensori, kas ir būtiski ražošanas procesā, izmanto 4-20 mA sakaru līniju. Atkļūdošana un kļūdu stāvokļa atrašana ir svarīgs nozares darbs, lai ietaupītu laiku un naudu. Precīzs 4-20 mA strāvas cilpas testeris ir būtisks līdzeklis, lai atrisinātu ar sensoru saistītas problēmas.

4-20mA strāvas cilpas testera ierobežojumi

Ķēdei ir noteikti ierobežojumi. Rūpnieciskā vide ir ļoti skarba nekā laboratoriju vide. Tāpēc ķēdei vajadzētu sastāvēt no dažādām aizsardzības ķēdēm, piemēram, īssavienojuma aizsardzība un pārsprieguma aizsardzība visās ieejās un izejās, kas ir piemērotas izmantošanai rūpniecības vidēs.