4-20Ma virtasilmukkatesteri op

Anturit ovat olennainen osa mitä tahansa mittausjärjestelmää, koska ne auttavat muuntamaan todellisen maailman parametrit elektronisiksi signaaleiksi, jotka koneet ymmärtäisivät. Teollisuusympäristössä yleisesti käytettyjä antureita ovat analoginen anturi ja digitaaliset anturit. Digitaaliset anturit ovat yhteydessä 0: n ja 1: n seuraaviin protokolliin, kuten USART, I2C, SPI jne. Ja analogiset anturit voivat kommunikoida vaihtelevan virran tai vaihtelevan jännitteen kautta. Monien meistä pitäisi tuntea anturit, jotka tuottavat vaihtelevan jännitteen, kuten LDR, MQ-kaasuanturi, Flex-anturi jne. Nämä analogiset jänniteanturit on yhdistetty jännitteellä virtamuuntajiin analogisen jännitteen muuntamiseksi analogiseksi virraksi muuttuvaksi virta-anturiksi.

Tämä muuttuvavirta-anturi noudattaa 4 - 20 mA: n protokollaa, mikä tarkoittaa, että anturi antaa 4 mA: n, kun mitatut arvot ovat 0, ja 20 mA: n, kun mitattu arvo on suurin. Jos anturin teho on alle 4 mA tai yli 20 mA, se voidaan olettaa vikatilaksi. Anturi antaa virran kierrettyjen parikaapelien kautta, jolloin sekä teho että data kulkevat vain kahden johtimen läpi. Pienin tai nolla-arvo on 4 mA. Tämä johtuu tilanteesta, jossa lähtö on nolla tai 4 mA, se voi silti käyttää laitetta. Koska signaali lähetetään virtana, se voidaan lähettää pitkälle etäisyydelle huolimatta langan vastuksen aiheuttamasta jännitteen pudotuksesta tai melun sietämättömyydestä.

Teollisuudessa anturin kalibrointi on rutiiniprosessi, ja järjestelmän kalibroimiseksi ja myös virhetulosten vianmääritykseksi tehdään virtasilmukan testaus. Nykyisessä silmukkatestauksessa se käyttää varmennusprosessia, joka tarkistaa tiedonsiirtolinjan rikkoutumisen. Se tarkistaa myös lähettimen lähtövirran. Tässä projektissa luomme muutaman komponentin perustason virtasilmukkatesterin, jonka avulla voimme säätää virtaa manuaalisesti 4maasta 20mA kääntämällä potentiometriä. Tätä virtapiiriä voidaan käyttää nuken anturina ohjelmien jäljittelemiseen tai virheenkorjaukseen.

Komponentteja koskevat vaatimukset

1. PNP-transistori (käytetään BC557)
2. Op-vahvistin (käytetään JRC4558)
3. 300k vastus
4. 1k vastus
5. 50k 10 kierrosta potentiometri.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2kpl
8. 100R vastus - toleranssi 5%
9. LED (mikä tahansa väri)
10. 5 V: n virtalähde
11. Leipälauta
12. Liitäntäjohto
13. Yleismittari virran mittaamiseen

Katsotaanpa tässä projektissa käytettyjä tärkeitä komponentteja. Alla olevassa kuvassa näkyy PNP-transistori, BC557-nasta ulos.

Tämä on yksi yleisimmistä kolmen nastan PNP-transistoreista. BC557 on identtinen pari NPN BC547: ää. Vasemmalta oikealle nastat ovat Emitter, Base ja Collector. Muita vastaavia transistoreita ovat BC556, BC327, 2N3906 jne.

Tässä käytetty op-amp (JRC4558) noudattaa samaa pin-kaaviota kuin muuntyyppisissä op-vahvistimissa. Nastoja 1, nastoja 2, nastoja 3 käytetään yhdelle op-vahvistimelle ja nastoja 5, 6, 7 toista kanavaa varten. Tätä projektia varten voidaan käyttää mitä tahansa kanavaa. 8. nasta on positiivinen syöttölähde ja 4. nasta on GND. JRC4558D operaatiovahvistimesta käytetään tähän hankkeeseen, mutta muita opamps toimii myös. Kuten kuten - TL072, LM258, LM358 jne.

Osaluettelon viides komponentti, 50k 10-kierrospotentiometri, on Bournsilta. Osanumero on 3590S-2-503L. Se on kuitenkin vähän kallis komponentti. 10-kääntyvä potti on paras tähän tarkoitukseen, mutta myös muut yleiset potentiometrit toimivat hyvin. Erona on, että resoluutio on pienempi geneerisen potentiometrin kanssa, minkä vuoksi virtalähteen lisäys tai vähennys ei ole tasainen. Tässä projektissa käytetään Bourns-potentiometriä. Pinouts Bourns potentiometri on vähän sekava verrattuna standardin potentiometrillä pinouts. Alla olevan kuvan ensimmäinen tappi vasemmalta on pyyhkimen tappi. On oltava varovainen, kun liität tämän potentiometrin mihin tahansa sovellukseen.

Piirikaavio

Täydellinen kytkentäkaavio 4-20 mA virtasilmukka testaaja on esitetty alla.

Kuten näette, piiri on melko yksinkertainen, se koostuu op-vahvistimesta, joka ohjaa transistoria. Transistorin lähtövirta syötetään LED: ään, tätä lähtövirtaa voidaan muuttaa välillä 0 mA - 20 mA vaihtamalla potentiometriä ja se voidaan mitata edellä esitetyllä tavalla liitetyllä ampeerimittarilla.

Op-amp on suunniteltu toimimaan virtalähteenä negatiivisella palautteella. Muuttuva tulojännite annetaan Op-Amp: n ei-käänteiselle tapille potentiometrillä. Suurin lähtövirta (tässä tapauksessa 20 mA) asetetaan käyttämällä vastusta, joka on kytketty op-Amp: n kääntötappiin. Nyt perustuen jännitteeseen, joka syötetään potin ei-invertoivaan tapiin, op-vahvistin esijännittää transistorin jatkuvan virran saamiseksi LEDin kautta. Tätä vakiovirtaa ylläpidetään riippumatta kuormitusvastuksen arvosta, joka toimii virtalähteenä. Tämän tyyppistä vahvistinta kutsutaan transkonduktanssivahvistimeksi. Piiri on yksinkertainen ja se voidaan helposti rakentaa leipälautalle alla olevan kuvan mukaisesti.

4-20 mA: n virtasilmukkatesterin toiminta

LED toimii tässä kuormana ja virtasilmukapiiri tuottaa tarvittavan virran kuormalle. Kuormavirta syötetään BC557: stä, jota op-amp 4558 ohjaa suoraan. Vahvistimen positiivisella tulolla potentiometri antaa vertailujännitteen. Referenssijännitteestä riippuen op-vahvistin antaa esivirta transistorin alustalle. Ylimääräinen sarjavastus lisätään potentiometrin yli referenssijännitteen ja vahvistimen ulostulon rajoittamiseksi, mikä luo 0mA: n ja 20mA: n rajan. Tämän vastusarvon muuttaminen muuttaa myös minimivirran ulostulorajaksi.

Piirin testaus

Kun piiri on rakennettu, virtaa siihen säännellyllä 5 V: n lähteellä. Olen käyttänyt piirilevyn virtalähdettä, samanlaista kuin aikaisemmin rakennimme piirin virtalähteeksi alla olevan kuvan mukaisesti.

Huomaa: 300k: n vastuksessa käytetään kahta vastusta sarjassa 100k ja 200k.

Piirin testaamiseksi olen käyttänyt yleismittaria Amp-tilassa ja kytkenyt sen anturit kytkentäkaaviossa esitetyn ampeerimittarin tilalle. Voit tarkistaa tämän yleismittarin käyttöoppaan, jos olet uusi yleismittareiden kanssa. Kun vaihdan potentiometriä, yleismittarin nykyinen arvo voidaan havaita vaihtelevan välillä 4mA - 20mA. Koko työvideo löytyy tämän alaosasta.

Nykyisen silmukan testauspiirin sovellukset

4-20 mA: n virtasilmukkatesterin pääasiallinen sovellus on testata tai kalibroida PLC-koneita, jotka vastaanottavat 4-20 mA -protokollan ja toimittavat siitä riippuen tietoja. Siksi väärä kalibrointi johti virheeseen, jonka PLC havaitsi. Ei vain kalibrointi, mutta se on myös kätevä prosessi tarkistaa nykyinen silmukan rikkoutuminen.

4-20 mA: n virtasilmukan soveltamisella on valtava soveltamisala teollisuuden automaatio- ja ohjausjärjestelmissä. Kuten veden virtaus, venttiilin asento, öljyntuotanto ja siihen liittyvät anturit, jotka ovat välttämättömiä tuotantoprosessille, kaikki käyttävät 4-20 mA: n tiedonsiirtolinjaa. Virheenkorjaus ja vikatilanteen löytäminen on tärkeä tehtävä alalla säästää aikaa ja rahaa. Tarkka 4-20 mA: n virtasilmukkatesteri on välttämätön työkalu anturiin liittyvien ongelmien ratkaisemiseksi.

4-20 mA: n virtasilmukkatesterin rajoitukset

Piirillä on tiettyjä rajoituksia. Teollinen ympäristö on hyvin ankara kuin laboratorioihin perustuva ympäristö. Siksi piirin tulisi koostua erilaisista suojapiireistä, kuten oikosulkusuoja ja ylijännitesuoja kaikissa tuloissa ja lähdöissä, mikä soveltuu käytettäväksi teollisuusympäristöissä.