Op kullanarak 4-20Ma akım döngüsü test cihazı

Sensörler, gerçek dünya parametrelerini makineler tarafından anlaşılabilecek elektronik sinyallere dönüştürmeye yardımcı oldukları için herhangi bir ölçüm sisteminin ayrılmaz bir parçasıdır. Endüstriyel bir ortamda, yaygın olarak kullanılan sensör türü Analog Sensör ve Dijital sensörlerdir. Dijital sensörler 0'lar ve 1'lerin USART, I2C, SPI vb. Gibi aşağıdaki protokollerle iletişim kurar. Analog sensörler, değişken akım veya değişken voltaj yoluyla iletişim kurabilir. Birçoğumuz LDR, MQ gaz sensörü, Flex sensörü vb. Gibi değişken voltaj üreten sensörlere aşina olmalıyız. Bu analog voltaj sensörleri, değişken bir akım sensörü haline gelmek için analog voltajı analog akıma dönüştürmek için Voltaj ile akım dönüştürücülere bağlanır.

Bu değişken akım sensörü 4-20mA protokolünü izler, yani ölçülen değerler 0 olduğunda sensör 4mA çıktı verir ve ölçülen değer maksimum olduğunda 20mA çıktı verir. Sensör, 4mA'dan az veya 20mA'dan fazla çıktı verirse, bir arıza koşulu olarak kabul edilebilir. Sensör, akımı, hem gücün hem de verilerin yalnızca 2 telden akmasına izin veren bükülü çift teller aracılığıyla verir. En düşük veya 'sıfır' değeri 4mA'dır. Bunun nedeni, çıkışın sıfır veya 4mA olduğunda, cihaza hala güç verebilmesi durumudur. Ayrıca sinyal akım olarak iletildiğinden, tel direnci nedeniyle voltaj düşüşü veya gürültü bağışıklığı konusunda endişelenmeden uzun mesafelere gönderilebilir.

Endüstrilerde, sensörün kalibrasyonu rutin bir işlemdir ve sistemi kalibre etmek ve ayrıca hata sonuçlarını gidermek için mevcut döngü testi yapılır. Mevcut döngü testinde, iletişim hattındaki kırılmayı kontrol eden bir doğrulama işlemi kullanır. Ayrıca verici çıkış akımını da kontrol eder. Bu projede, bir potansiyometreyi çevirerek akımı 4ma'dan 20mA'ya manuel olarak ayarlamamıza izin veren birkaç bileşen kullanarak temel bir akım döngüsü test cihazı oluşturacağız. Bu devre, programları taklit etmek veya hata ayıklamak için sahte sensör olarak kullanılabilir.

Bileşen Gereksinimleri

1. Bir PNP Transistörü (BC557 kullanılır)
2. Bir Op-Amp (JRC4558 kullanılır)
3. 300k direnç
4. 1k direnç
5. 50k 10 dönüşlü potansiyometre.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2 adet
8. 100R direnç - tolerans% 5
9. Bir LED (Herhangi bir renk)
10. 5V güç kaynağı
11. Breadboard
12. Bağlantı teli
13. Akımı ölçmek için bir multimetre

Bu projede kullanılan önemli bileşenlere bir göz atalım. Aşağıdaki resimde, PNP transistörü, BC557 pin çıkışı gösterilmiştir.

Bu, en yaygın üç pinli PNP transistörlerinden biridir. BC557, aynı NPN BC547 çiftidir. Soldan sağa pinler Verici, Taban ve Toplayıcıdır. Diğer eşdeğer transistörler BC556, BC327, 2N3906 vb.

Burada kullanılan op-amp (JRC4558), diğer op-amp tiplerinde kullanılan aynı pin şemasını takip eder. Pin 1, Pin 2, Pin 3 tek bir op-amp için kullanılır ve Pin 5, 6, 7 diğer kanal için kullanılır. Bu proje için herhangi bir kanal kullanılabilir. 8. pin, pozitif besleme kaynağıdır ve 4. pin GND'dir. JRC4558D Op-Amp bu proje için kullanılır, ancak diğer op-amp da çalışacaktır. Gibi - TL072, LM258, LM358, vb.

Parça listesinin 5. bileşeni olan 50k 10 dönüşlü potansiyometre Bourns'tandır. Parça numarası 3590S-2-503L'dir. Ancak, biraz maliyetli bir bileşendir. 10 Dönüşlü pot bu amaç için en iyisidir, ancak diğer genel potansiyometreler de gayet iyi çalıştı. Aradaki fark, jenerik potansiyometre ile çözünürlüğün daha az olması, çünkü mevcut kaynağın artması veya azalması düzgün olmayacaktır. Bu projede Bourns potansiyometresi kullanılmıştır. Bourns potansiyometrenin pinouts standart potansiyometre pin ile karşılaştırıldığında biraz kafa karıştırıcı. Aşağıdaki resimde soldan ilk pim silecek pimidir. Bu potansiyometreyi herhangi bir uygulamada bağlarken dikkatli olunması gerekir.

Devre şeması

4-20mA akım döngüsü test cihazı için eksiksiz Devre Şeması aşağıda gösterilmiştir.

Gördüğünüz gibi devre oldukça basittir, bir transistörü çalıştıran bir op-amp içerir. Transistörden gelen çıkış akımı bir LED'e beslenir, bu çıkış akımı potansiyometreyi değiştirerek 0mA ila 20mA arasında değişebilir ve yukarıda gösterildiği gibi bağlanan bir Ampermetre ile ölçülebilir.

Buradaki Op-amp, negatif geri beslemeli bir akım kaynağı olarak çalışmak üzere tasarlanmıştır. Giriş değişken voltajı, bir potansiyometre kullanılarak Op-Amp'ın ters çevirmeyen pinine verilir. Maksimum çıkış akımı (bu durumda 20mA), op-Amp'in ters çevirme pimine bağlı direnç kullanılarak ayarlanır. Şimdi, pottan ters çevirmeyen pime sağlanan gerilime bağlı olarak, op-amp, transistörü LED üzerinden sabit bir akım sağlamak için önyargılı hale getirecektir. Bu sabit akım, akım kaynağı olarak işlev gören yük direnci değerine bakılmaksızın korunacaktır. Bu tip Amplifikatör, Transkondüktans Amplifikatörü olarak adlandırılır. Devre basittir ve aşağıda gösterildiği gibi bir devre tahtası üzerine kolayca inşa edilebilir.

4-20mA Akım Döngü Test Cihazı Çalışmaları

Buradaki LED, yük gibi davranır ve akım döngüsü devresi, yüke gerekli akımı sağlar. Yük akımı, op-amp 4558 tarafından doğrudan kontrol edilen BC557 tarafından sağlanır. Amplifikatörün pozitif girişinde, potansiyometre tarafından bir referans voltaj sağlanır. Referans voltajına bağlı olarak, op-amp, transistörün tabanına ön akım sağlar. Referans voltajını ve amplifikatörün çıkışını sınırlandırmak için potansiyometre boyunca ilave seri direnç eklenir, böylece 0mA ila 20mA sınırını oluşturur. Bu direnç değerini değiştirmek aynı zamanda minimumdan maksimuma akım çıkış sınırını da değiştirir.

Devrenin test edilmesi

Devre oluşturulduktan sonra, düzenlenmiş bir 5V kaynağı kullanarak ona güç verin. Devreyi aşağıda gösterildiği gibi çalıştırmak için daha önce yaptığımıza benzer şekilde breadboard güç kaynağını kullandım.

Not: 300k direnç için, 100k ve 200k serilerinde iki direnç kullanılır.

Devreyi test etmek için Amp modunda bir multimetre kullandım ve problarını devre şemasında gösterilen ampermetre yerine bağladım. Multimetrelerde yeniyseniz bu multimetre kullanım kılavuzunu kontrol edebilirsiniz. Potansiyometreyi değiştirdiğimde, multimetrenin akım değeri 4mA ile 20mA arasında değişiyor. Tam çalışma Video bu dibinde bulunabilir.

Akım Döngü Test Devresinin Uygulamaları

4-20mA akım döngüsü test cihazının ana uygulaması, 4-20 mA protokolü alan PLC makinelerini test etmek veya kalibre etmek ve buna bağlı olarak veri sağlamaktır. Bu nedenle, yanlış kalibrasyon PLC tarafından algılanan hata değerine neden oldu. Sadece kalibrasyon değil, aynı zamanda mevcut döngü kırılmasını kontrol etmek için de uygun bir işlemdir.

4-20mA akım döngüsünün uygulanması, endüstriyel otomasyon ve kontrol sisteminde büyük bir kapsama sahiptir. Üretim süreci için gerekli olan su akışı, valf konumu, Yağ üretimi ve ilgili sensörlerin tümü 4-20 mA iletişim hattını kullanır. Hata ayıklama ve arıza durumu bulma, sektörde zamandan ve paradan tasarruf etmek için çok önemli bir iştir. Hassas bir 4-20 mA akım döngüsü test cihazı, sensörle ilgili sorunları çözmek için önemli bir araçtır.

4-20mA Akım Döngü Test Cihazının Sınırlamaları

Devrenin belirli sınırlamaları vardır. Endüstriyel ortam, laboratuvar temelli ortamdan çok serttir. Bu nedenle devre, endüstriyel ortamlarda kullanıma uygun tüm giriş ve çıkışlarda kısa devre koruması ve aşırı gerilim koruması gibi çeşitli koruma devrelerinden oluşmalıdır.