4-20Ma strømløbstester ved hjælp af op

Sensorer er en integreret del af ethvert målesystem, da de hjælper med at konvertere parametre i den virkelige verden til elektroniske signaler, der kan forstås af maskiner. I et industrielt miljø er den almindeligt anvendte type sensorer den analoge sensor og de digitale sensorer. Digitale sensorer kommunikerer med 0 og 1 efter følgende protokoller som USART, I2C, SPI osv. Og analoge sensorer kan kommunikere gennem variabel strøm eller variabel spænding. Mange af os burde være fortrolige med sensorer, der udsender variabel spænding som LDR, MQ-gassensor, Flex-sensor osv. Disse analoge spændingssensorer er forbundet med spænding til strømomformere for at konvertere den analoge spænding til analog strøm for at blive en variabel strømføler.

Denne variable strømføler følger 4-20mA-protokollen, hvilket betyder, at sensoren afgiver 4mA, når de målte værdier er 0, og vil output 20mA, når den målte værdi er maks. Hvis sensoren afgiver noget mindre end 4mA eller mere end 20mA, kan den antages som en fejltilstand. Sensoren udsender strømmen gennem snoede par-ledninger, der tillader både strøm og data at strømme gennem kun 2 ledninger. Den laveste eller 'nul' værdi er 4mA. Dette er på grund af situationen, hvor den stadig kan drive enheden, når output er nul eller 4mA. Da signalet transmitteres som strøm, kan det også sendes til langdistance uden at bekymre sig om spændingsfald på grund af ledningsmodstand eller støjimmunitet.

I industrier er kalibrering af sensoren en rutineproces, og for at kalibrere systemet og også til fejlfinding af fejlresultater udføres den aktuelle sløjfetest. I nuværende sløjfetest bruger den en verifikationsproces, der kontrollerer brud i kommunikationslinjen. Det kontrollerer også senderens udgangsstrøm. I dette projekt opretter vi en grundlæggende strømtest ved hjælp af få komponenter, der giver os mulighed for manuelt at justere strøm fra 4ma til 20mA ved at dreje et potentiometer. Dette kredsløb kan bruges som en dummy-sensor til at emulere programmer eller til fejlfinding.

Komponenter Krav

1. En PNP-transistor (BC557 bruges)
2. En op-forstærker (JRC4558 bruges)
3. 300k modstand
4. 1k modstand
5. 50k potentiometer med 10 omdrejninger.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2stk
8. 100R modstand - tolerance 5%
9. En LED (Enhver farve)
10. 5V strømforsyning
11. Brødbræt
12. Tilslutningstråd
13. Et multimeter til måling af strømmen

Lad os se på de vigtige komponenter, der bruges i dette projekt. I nedenstående billede vises PNP-transistoren, BC557 pin out.

Dette er en af ​​de mest almindelige PNP-transistorer med tre ben. BC557 er det samme par NPN BC547. Fra venstre mod højre er stifterne Emitter, Base og Collector. Andre ækvivalente transistorer er BC556, BC327, 2N3906 osv.

Op-forstærkeren, der anvendes her (JRC4558) følger det samme pin-diagram som brugt i andre typer op-forstærkere. Pin 1, Pin 2, Pin 3 bruges til en enkelt op-amp og Pin 5, 6, 7 bruges til den anden kanal. Enhver kanal kan bruges til dette projekt. Den 8. pin er den positive forsyningskilde, og den 4. pin er GND. Den JRC4558D Op-Amp bruges til dette projekt, men andre op-amps vil også arbejde. Såsom lignende - TL072, LM258, LM358 osv.

Den 5. komponent i delelisten, 50k potentiometer med 10 omdrejninger, er fra Bourns. Varenummeret er 3590S-2-503L. Det er dog en smule dyr komponent. 10 Turn-potten er den bedste til dette formål, men andre generiske potentiometre fungerede også fint. Forskellen er, at opløsningen vil være mindre med generisk potentiometer, på grund af hvilken stigning eller formindskelse af den aktuelle kilde ikke vil være jævn. I dette projekt anvendes Bourns potentiometer. De pinouts af Bourns potentiometer er en smule forvirrende sammenlignet med standard potentiometer pinouts. I nedenstående billede er den første stift fra venstre viskerstiften. Man skal være forsigtig, når man tilslutter dette potentiometer til enhver applikation.

Kredsløbsdiagram

Det komplette kredsløbsdiagram til 4-20mA-strømtesteren vises nedenfor.

Som du kan se, er kredsløbet ret simpelt, det består af en op-forstærker, der driver en transistor. Udgangsstrømmen fra transistoren ledes til en LED, denne udgangsstrøm kan varieres fra 0mA til 20mA ved at variere potentiometeret og kan måles med et amperemeter tilsluttet som vist ovenfor.

Op-amp her er designet til at fungere som en aktuel kilde med negativ feedback. Den variable indgangsspænding gives til den ikke-inverterende pin på Op-Amp ved hjælp af et potentiometer. Den maksimale udgangsstrøm (i dette tilfælde 20mA) indstilles ved hjælp af modstanden, der er tilsluttet op-forstærkerens inverterende ben. Baseret på den spænding, der leveres til en ikke-inverterende stift fra potten, vil op-forstærkeren forspænde transistoren til at skabe en konstant strøm gennem LED'en. Denne konstante strøm opretholdes uanset belastningsmodstandsværdien, der fungerer som en strømkilde. Denne type forstærker kaldes Transconductance Amplifier. Kredsløbet er simpelt og kan let konstrueres på et brødbræt som vist nedenfor.

Arbejde med 4-20mA nuværende sløjfetester

LED'en fungerer her som belastning, og strømkredsløbet leverer den krævede strøm til belastningen. Belastningsstrømmen leveres af BC557, som styres direkte af op-amp 4558. På den positive indgang på forstærkeren tilvejebringes en referencespænding af potentiometeret. Afhængig af referencespændingen tilvejebringer op-amp forspændingsstrømmen til transistorens base. Den ekstra seriemodstand tilføjes på tværs af potentiometeret for at begrænse referencespændingen såvel som output fra forstærkeren, hvilket skaber grænsen mellem 0mA og 20mA. Ændring af denne modstandsværdi ændrer også minimum til maksimal strømudgangsgrænse.

Test af kredsløbet

Når kredsløbet er bygget, skal det tændes ved hjælp af en reguleret 5V-kilde. Jeg har brugt strømforsyningen til brødbrættet, svarende til det vi byggede tidligere til at drive kredsløbet som vist nedenfor.

Bemærk: Til 300k modstanden anvendes to modstande i serie 100k og 200k.

For at teste kredsløbet har jeg brugt et multimeter i forstærker-tilstand og tilsluttet dets sonder i stedet for det amperemeter, der er vist i kredsløbsdiagrammet. Du kan tjekke denne brugsanvisning til multimeter, hvis du er ny med multimetre. Da jeg varierer potentiometeret, kan den aktuelle værdi på multimeteret bemærkes, der varierer fra 4mA til 20mA. Den komplette arbejdsvideo kan findes i bunden af ​​denne.

Anvendelser af Current Loop Tester Circuit

Hovedanvendelsen af ​​4-20mA strømtest er at teste eller kalibrere de PLC-maskiner, der modtager 4-20 mA-protokoller og levere data afhængigt af den. Derfor resulterede den forkerte kalibrering i en fejlværdi, der opfattes af PLC'en. Ikke kun kalibrering, men det er også en bekvem proces at kontrollere den aktuelle sløjfebrud.

Anvendelsen af ​​4-20mA-strømsløjfen har et stort omfang inden for industriel automatiserings- og kontrolsystem. Som lignende bruger vandstrøm, ventilposition, olieproduktion og de tilknyttede sensorer, der er vigtige for produktionsprocessen, 4-20 mA kommunikationslinje. Fejlfinding og finde fejltilstand er et afgørende job i branchen for at spare tid og penge. En nøjagtig 4-20 mA strømtest er et vigtigt redskab til at løse sensorrelaterede problemer.

Begrænsninger på 4-20mA Current Loop Tester

Kredsløbet har visse begrænsninger. Det industrielle miljø er meget hårdt end det laboratoriebaserede miljø. Derfor skal kredsløbet bestå af forskellige beskyttelseskredsløb som kortslutningsbeskyttelse og overspændingsbeskyttelse på tværs af alle input og output, som er egnede til brug i industrielle miljøer.