Tester de buclă de curent 4-20Ma folosind op

Senzorii sunt o parte integrantă a oricărui sistem de măsurare, deoarece ajută la convertirea parametrilor din lumea reală în semnale electronice care ar putea fi înțelese de mașini. Într-un mediu industrial, tipul de senzori utilizat în mod obișnuit este senzorul analog și senzorii digitali. Senzorii digitali comunică cu următoarele protocoale 0 și 1, cum ar fi USART, I2C, SPI etc. Și senzorii analogici ar putea comunica prin curent variabil sau tensiune variabilă. Mulți dintre noi ar trebui să fie familiarizați cu senzori care ieșiri de tensiune variabilă ca LDR, senzor de gaz MQ, Flex senzor etc. Acești senzori analogice de tensiune sunt cuplate cu tensiune la convertoare de curent pentru a converti analogic de tensiune în curent analogic pentru a deveni un senzor de curent variabil.

Acest senzor de curent variabil urmează protocolul de 4-20mA, ceea ce înseamnă că senzorul va emite 4mA atunci când valorile măsurate sunt 0 și va emite 20mA când valoarea măsurată este maximă. Dacă senzorul produce ceva mai puțin de 4mA sau mai mult de 20mA, se poate presupune că este o stare de defecțiune. Senzorul transmite curentul prin fire cu perechi răsucite, permițând atât curentului, cât și datelor să circule doar prin 2 fire. Cea mai mică sau „zero” valoare este 4mA. Acest lucru se datorează situației în care, atunci când ieșirea este zero sau 4mA, poate alimenta dispozitivul. De asemenea, deoarece semnalul este transmis ca curent, acesta poate fi trimis pe distanțe lungi fără a vă face griji cu privire la căderea de tensiune datorată rezistenței firului sau la imunitatea la zgomot.

În industrii, calibrarea senzorului este un proces de rutină, iar pentru calibrarea sistemului și, de asemenea, pentru depanarea rezultatelor erorilor, se efectuează testarea buclei curente. În testarea în buclă curentă, folosește un proces de verificare care verifică ruperea liniei de comunicație. De asemenea, verifică curentul de ieșire al emițătorului. În acest proiect, vom crea un tester de buclă de curent de bază folosind câteva componente care ne permite să reglăm manual curentul de la 4ma la 20mA prin rotirea unui potențiometru. Acest circuit poate fi folosit ca senzor fals pentru a emula programe sau pentru depanare.

Cerințe privind componentele

1. Un tranzistor PNP (se utilizează BC557)
2. Un amplificator opțional (se utilizează JRC4558)
3. 300k rezistor
4. 1k rezistor
5. Potențiometru 50k 10 ture.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2buc
8. Rezistor 100R - toleranță 5%
9. Un LED (orice culoare)
10. Alimentare 5V
11. Breadboard
12. Sârmă de conectare
13. Un multimetru pentru măsurarea curentului

Să aruncăm o privire asupra componentelor importante utilizate în acest proiect. În imaginea de mai jos este afișat tranzistorul PNP, pinul BC557.

Acesta este unul dintre cele mai comune tranzistoare PNP cu trei pini. BC557 este perechea identică de NPN BC547. De la stânga la dreapta pinii sunt Emitter, Base și Collector. Alți tranzistori echivalenți sunt BC556, BC327, 2N3906 etc.

Amplificatorul de operare utilizat aici (JRC4558) urmează aceeași diagramă cu pini ca în alte tipuri de amplificatori de operare. Pinul 1, pinul 2, pinul 3 sunt utilizate pentru un singur amplificator op și pinul 5, 6, 7 utilizat pentru celălalt canal. Orice canal poate fi utilizat pentru acest proiect. Al 8-lea pin este sursa de alimentare pozitivă, iar al patrulea pin este GND. JRC4558D Op-Amp este folosit pentru acest proiect, dar alte op-amperi va lucra, de asemenea. De exemplu, cum ar fi - TL072, LM258, LM358 etc.

Cea de-a 5-a componentă din lista de piese, potențiometrul de 50k 10 ture este de la Bourns. Numărul piesei este 3590S-2-503L. Cu toate acestea, este o componentă cam costisitoare. Potul de 10 ture este cel mai bun în acest scop, dar și alte potențiometre generice au funcționat foarte bine. Diferența este că rezoluția va fi mai mică cu potențiometrul generic din cauza căruia creșterea sau scăderea sursei curente nu va fi lină. În acest proiect, este utilizat potențiometrul Bourns. De pinouts de Bourns potențiometru este un pic confuz în comparație cu pinouts potențiometru standard. În imaginea de mai jos, primul știft din stânga este știftul ștergătorului. Trebuie să fii atent în timp ce conectezi acest potențiometru în orice aplicație.

Diagrama circuitului

Schema completă a circuitului pentru testerul de buclă de curent de 4-20mA este prezentată mai jos.

După cum puteți vedea, circuitul este destul de simplu, constă dintr-un amplificator operațional care acționează un tranzistor. Curentul de ieșire de la tranzistor este alimentat către un LED, acest curent de ieșire poate fi variat de la 0mA la 20mA prin variația potențiometrului și poate fi măsurat printr-un ampermetru conectat așa cum se arată mai sus.

Amplificatorul Op de aici este conceput pentru a funcționa ca o sursă curentă cu feedback negativ. Tensiunea variabilă de intrare este dată pinului neinversibil al Op-Amp folosind un potențiometru. Curentul maxim de ieșire (în acest caz 20mA) este setat utilizând rezistorul conectat la pinul inversor al op-Amp. Acum, pe baza tensiunii furnizate pinului care nu se inversează din pot, amplificatorul operațional va influența tranzistorul pentru a sursa un curent constant prin LED. Acest curent constant va fi menținut indiferent de valoarea rezistenței la sarcină care acționează ca sursă de curent. Acest tip de amplificator se numește amplificator de transconductanță. Circuitul este simplu și poate fi construit cu ușurință pe o placă de panou, așa cum se arată mai jos.

Funcționarea 4-20mA curent buclă Tester

LED-ul acționează aici ca sarcină, iar circuitul buclei de curent furnizează curentul necesar sarcinii. Curentul de încărcare este furnizat de BC557, care este controlat direct de op-amp 4558. La intrarea pozitivă a amplificatorului, o tensiune de referință este furnizată de potențiometru. În funcție de tensiunea de referință, amplificatorul operativ furnizează curentul de polarizare la baza tranzistorului. Rezistorul de serie suplimentar este adăugat pe potențiometru pentru a limita tensiunea de referință, precum și ieșirea amplificatorului, creând astfel limita de la 0mA la 20mA. Schimbarea acestei valori a rezistorului schimbă, de asemenea, limita de ieșire de curent minim la maxim.

Testarea circuitului

Odată ce circuitul este construit, alimentați-l folosind o sursă de 5V reglementată. Am folosit sursa de alimentare a plăcii, similar cu ceea ce am construit mai devreme pentru alimentarea circuitului așa cum se arată mai jos.

Notă: Pentru rezistența de 300k, două rezistențe sunt utilizate în seria 100k și 200k.

Pentru a testa circuitul, am folosit un multimetru în modul Amp și i-am conectat sondele în locul ampermetrului prezentat în diagrama circuitului. Puteți consulta acest ghid de utilizare a multimetrului dacă sunteți nou cu multimetre. Pe măsură ce variază potențiometrul, valoarea curentă pe multimetru poate fi observată variind de la 4mA la 20mA. Complet video de lucru pot fi găsite în partea de jos a acestei.

Aplicații ale circuitului de testare a buclelor curente

Principala aplicație a testerului de buclă de curent 4-20mA este de a testa sau calibra mașinile PLC care primesc protocolul 4-20 mA și de a furniza date în funcție de acesta. Prin urmare, calibrarea greșită a dus la valoarea de eroare percepută de PLC. Nu numai calibrarea, dar este, de asemenea, un proces convenabil pentru a verifica ruperea curentului buclei.

Aplicarea buclei de curent 4-20mA are un domeniu imens în domeniul automatizării industriale și al sistemului de control. Cum ar fi, debitul de apă, poziția supapei, producția de ulei și senzorii asociați, care sunt esențiali pentru procesul de producție, utilizează o linie de comunicație de 4-20 mA. Depanarea și depistarea stării de defecțiune este o treabă crucială în industrie pentru a economisi timp și bani. Un tester cu buclă de curent de 4-20 mA precis este un instrument esențial pentru rezolvarea problemelor legate de senzori.

Limitări de 4-20mA curent buclă Tester

Circuitul are anumite limitări. Mediul industrial este foarte dur decât mediul de laborator. Prin urmare, circuitul ar trebui să fie alcătuit din diverse circuite de protecție, cum ar fi protecția împotriva scurtcircuitului și protecția la supratensiune pe toate intrările și ieșirile, care este adecvată pentru utilizare în medii industriale.