4-20Ma nåværende sløyfetester ved bruk av op

Sensorer er en integrert del av ethvert målesystem, da de hjelper til med å konvertere parametere i den virkelige verden til elektroniske signaler som kan forstås av maskiner. I et industrielt miljø er den vanligste typen sensorer den analoge sensoren og den digitale sensoren. Digitale sensorer kommuniserer med 0- og 1-protokoller som USART, I2C, SPI osv. Og analoge sensorer kan kommunisere gjennom variabel strøm eller variabel spenning. Mange av oss burde være kjent med sensorer som gir ut variabel spenning som LDR, MQ gassføler, Flex-sensor osv. Disse analoge spenningssensorene er koblet til Spenning til strømomformere for å konvertere den analoge spenningen til analog strøm for å bli en variabel strømføler.

Denne sensoren med variabel strøm følger 4-20mA-protokollen, noe som betyr at sensoren vil sende ut 4mA når de målte verdiene er 0 og vil sende ut 20mA når den målte verdien er maks. Hvis sensoren sender ut noe mindre enn 4mA eller mer enn 20mA, kan den antas å være en feiltilstand. Sensoren sender ut strømmen gjennom tvinnede ledninger, slik at både strøm og data strømmer gjennom bare to ledninger. Den laveste eller 'null' verdien er 4mA. Dette er på grunn av situasjonen der utgangen er null eller 4mA, kan den fremdeles drive enheten. Også siden signalet overføres som strøm, kan det sendes til lang avstand uten å bekymre seg for spenningsfall på grunn av ledningsmotstand eller om støyimmunitet.

I bransjer er kalibrering av sensoren en rutineprosess, og for å kalibrere systemet, og også for feilsøking av feilresultater, utføres nåværende sløyfetesting. I gjeldende sløyfetesting bruker den en bekreftelsesprosess som kontrollerer brudd i kommunikasjonslinjen. Den sjekker også senderens utgangsstrøm. I dette prosjektet vil vi lage en grunnleggende strømsløyfetester ved hjelp av få komponenter som lar oss manuelt justere strømmen fra 4ma til 20mA ved å vri på et potensiometer. Denne kretsen kan brukes som en dummy-sensor for å etterligne programmer eller for feilsøking.

Komponenter Krav

1. En PNP-transistor (BC557 brukes)
2. En Op-Amp (JRC4558 brukes)
3. 300k motstand
4. 1k motstand
5. 50k potensialmeter med 10 omdreininger.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2stk
8. 100R motstand - toleranse 5%
9. En LED (hvilken som helst farge)
10. 5V strømforsyning
11. Brettbrett
12. Tilkoblingstråd
13. Et multimeter for å måle strømmen

La oss ta en titt på de viktige komponentene som brukes i dette prosjektet. I bildet nedenfor vises PNP-transistoren, BC557 pin out.

Dette er en av de vanligste tre-pinners PNP-transistorer. BC557 er det samme paret NPN BC547. Fra venstre til høyre er pinnene Emitter, Base og Collector. Andre ekvivalente transistorer er BC556, BC327, 2N3906 etc.

Op-amp som brukes her (JRC4558) følger samme pin-diagram som brukt i andre typer op-ampere. Pin 1, Pin 2, Pin 3 brukes til en enkelt op-amp og Pin 5, 6, 7 brukes til den andre kanalen. Enhver kanal kan brukes til dette prosjektet. Den åttende pinnen er den positive forsyningskilden og den fjerde pinnen er GND. Den JRC4558D Op-Amp brukes til dette prosjektet, men andre op-forsterkere vil også fungere. Slik som - TL072, LM258, LM358, etc.

Den femte komponenten i delelisten, 50k 10- trinns potensiometer, er fra Bourns. Delenummeret er 3590S-2-503L. Det er imidlertid en litt kostbar komponent. 10 Turn-potten er den beste for dette formålet, men andre generiske potensiometre fungerte også bra. Forskjellen er at oppløsningen vil være mindre med generisk potensiometer på grunn av hvilken økning eller reduksjon av den nåværende kilden ikke vil være jevn. I dette prosjektet brukes Bourns potensiometer. De pinouts av Bourns potensiometeret er litt forvirrende sammenlignet med standard potensiometer pinouts. På bildet nedenfor er den første pinnen fra venstre viskerpinnen. Man må være forsiktig når man kobler dette potensiometeret til alle applikasjoner.

Kretsdiagram

Det komplette kretsdiagrammet for 4-20mA strømtest er vist nedenfor.

Som du kan se, er kretsen ganske enkel, den består av en op-amp som driver en transistor. Utgangsstrømmen fra transistoren mates til en LED, denne utgangsstrømmen kan varieres fra 0mA til 20mA ved å variere potensiometeret og kan måles med et amperemeter tilkoblet som vist ovenfor.

Op-amp her er designet for å fungere som en aktuell kilde med negativ tilbakemelding. Inngangsvariabelen blir gitt til den ikke-inverterende pinnen til Op-Amp ved hjelp av et potensiometer. Maksimal utgangsstrøm (i dette tilfellet 20mA) stilles inn ved å bruke motstanden som er koblet til inverteringsstiften til op-Amp. Basert på spenningen som leveres til en ikke-inverterende stift fra potten, vil op-forsterkeren forspenne transistoren slik at den får en konstant strøm gjennom LED-en. Denne konstante strømmen vil opprettholdes uavhengig av belastningsmotstandsverdien som fungerer som en strømkilde. Denne typen forsterker kalles Transconductance Amplifier. Kretsen er enkel og kan enkelt konstrueres på et brødbrett som vist nedenfor.

Arbeid med 4-20mA gjeldende sløyfetester

LED-en fungerer her som belastning, og strømløkkekretsen gir den nødvendige strømmen til lasten. Laststrømmen tilføres av BC557 som styres direkte av op-amp 4558. På den positive inngangen til forsterkeren tilveiebringes en referansespenning av potensiometeret. Avhengig av referansespenningen gir op-amp forspenningsstrømmen til transistorens base. Den ekstra seriemotstanden tilsettes over potensiometeret for å begrense referansespenningen så vel som forsterkerens utgang, og dermed skape grensen mellom 0mA og 20mA. Endring av denne motstandsverdien endrer også minimum til maksimal strømutgangsgrense.

Testing av kretsen

Når kretsen er bygget, slå den på med en regulert 5V-kilde. Jeg har brukt strømforsyningen til brødbrettet, i likhet med det vi bygde tidligere for å drive kretsen som vist nedenfor.

Merk: For 300k motstanden brukes to motstander i serie 100k og 200k.

For å teste kretsen har jeg brukt et multimeter i Amp-modus og koblet sonderne i stedet for amperemeter vist i kretsskjemaet. Du kan sjekke denne bruksanvisningen for multimeter hvis du er ny med multimeter. Når jeg varierer potensiometeret, kan gjeldende verdi på multimeteret sees fra 4mA til 20mA. Den komplette arbeidsvideoen finner du nederst i denne.

Anvendelser av Current Loop Tester Circuit

Hovedapplikasjonen til 4-20mA gjeldende sløyfetester er å teste eller kalibrere PLC-maskiner som mottar 4-20 mA-protokoll og gi data avhengig av den. Derfor resulterte feil kalibrering i feilverdi oppfattet av PLS. Ikke bare kalibrering, men det er også en praktisk prosess å kontrollere gjeldende sløyfebrudd.

Anvendelsen av 4-20mA strømsløyfen har et stort omfang innen industriell automatisering og kontrollsystem. Slik som, vannføring, ventilposisjon, oljeproduksjon og tilhørende sensorer som er essensielle for produksjonsprosessen, bruker alle 4-20 mA kommunikasjonslinje. Feilsøking og finne feiltilstand er en viktig jobb i bransjen for å spare tid og penger. En nøyaktig 4-20 mA strømtest er et viktig verktøy for å løse sensorrelaterte problemer.

Begrensninger på 4-20mA Current Loop Tester

Kretsen har visse begrensninger. Industrimiljøet er veldig tøft enn det labbaserte miljøet. Derfor bør kretsen bestå av forskjellige beskyttelseskretser som kortslutningsbeskyttelse og overspenningsbeskyttelse på tvers av all inngang og utgang som er egnet til bruk i industrielle miljøer.