4-20Ma áramkör tesztelő op

Az érzékelők minden mérőrendszer szerves részét képezik, mivel segítik a valós paraméterek átalakítását a gép által érthető elektronikus jelekké. Ipari környezetben az érzékelők általánosan használt típusai az analóg érzékelő és a digitális érzékelők. Digitális érzékelők kommunikál 0 és 1-es következő protokollokat, mint USART, I2C, SPI, stb és analóg érzékelők tudott kommunikálni a változtatható jelenlegi vagy változó feszültséget. Sokunknak ismernie kell azokat az érzékelőket, amelyek változó feszültséget adnak ki, mint például az LDR, az MQ gázérzékelő, a Flex érzékelő stb. Ezek az analóg feszültségérzékelők a feszültségről áramátalakítóra vannak kapcsolva, hogy az analóg feszültséget analóg áramgá alakítsák, változó áramú érzékelővé válva.

Ez a változó áramú érzékelő 4-20mA protokollt követ, vagyis az érzékelő 4mA-t ad ki, ha a mért érték 0, és 20mA-t, ha a mért érték maximális. Ha az érzékelő kimenete kevesebb, mint 4mA vagy több, mint 20mA, akkor feltételezhetjük, hogy hibaállapot. Az érzékelő az sodrott sodrott vezetékeken keresztül adja ki az áramot, így mind az áram, mind az adatok csak 2 vezetéken áramolhatnak. A legalacsonyabb vagy a „nulla” érték 4mA. Ennek oka az a helyzet, amikor a kimenet nulla vagy 4 mA, akkor is képes táplálni az eszközt. Mivel a jel áramként továbbítódik, nagy távolságra is elküldhető, anélkül, hogy aggódnunk kellene a vezeték ellenállása miatti feszültségesés vagy a zajzavar miatt.

Az iparágakban az érzékelő kalibrálása rutinszerű folyamat, és a rendszer kalibrálásához, valamint a hibalehetőségek elhárításához az áramkör tesztelését is elvégzik. A jelenlegi hurok tesztelés során ellenőrzési folyamatot használ, amely ellenőrzi a kommunikációs vonal törését. Ellenőrzi az adó kimeneti áramát is. Ebben a projektben néhány komponens felhasználásával létrehozunk egy alapáramú hurok tesztelőt, amely lehetővé teszi számunkra, hogy a potenciométer elforgatásával manuálisan állítsuk be az áramot 4ma-ról 20mA-ra. Ez az áramkör használható dummy érzékelőként programok utánzásához vagy hibakereséshez.

Komponensek követelményei

1. PNP tranzisztor (BC557 használatos)
2. Op-Amp (JRC4558 használatos)
3. 300k ellenállás
4. 1k ellenállás
5. 50k 10 fordulatos potenciométer.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2db
8. 100R ellenállás - tolerancia 5%
9. LED (bármilyen színű)
10. 5V tápegység
11. Kenyérlemez
12. Összekötő vezeték
13. Multiméter az áram mérésére

Vessünk egy pillantást a projekt fontos komponenseire. Az alábbi képen látható a PNP tranzisztor, a BC557 tűkimenet.

Ez az egyik leggyakoribb három tűs PNP tranzisztor. A BC557 az NPN BC547 azonos párja. Balról jobbra a csapok: Emitter, Base és Collector. További egyenértékű tranzisztorok a BC556, BC327, 2N3906 stb.

Az itt használt op-amp (JRC4558) ugyanazt a tűdiagramot követi, mint az op-erősítők más típusaiban. Az 1., 2., 3. és 3. érintkezőket egyetlen op-erősítőhöz, az 5., 6., 7. csapokat pedig a másik csatornához használják. Bármely csatorna használható ehhez a projekthez. A 8. tű a pozitív tápforrás, a 4. tű pedig a GND. A JRC4558D Op-Amp- ot használják ehhez a projekthez, de más op-erősítők is működni fognak. Ilyen például a TL072, LM258, LM358 stb.

Az alkatrészlista 5. alkatrésze, 50k 10 fordulatos potenciométer a Bourns-tól. Az alkatrész száma 3590S-2-503L. Ez azonban kissé költséges alkatrész. A 10 fordulatos edény a legjobb erre a célra, de más általános potenciométerek is jól működtek. A különbség az, hogy az általános potenciométerrel kisebb lesz a felbontás, emiatt az áramforrás növekménye vagy csökkenése nem lesz egyenletes. Ebben a projektben Bourns potenciométert használnak. A Bourns-potenciométer kivezetései kissé zavaróak a szokásos potenciométer-tűkhöz képest. Az alábbi képen az első csap balról az ablaktörlő csap. Óvatosnak kell lenni, miközben ezt a potenciométert bármilyen alkalmazáshoz csatlakoztatja.

Kördiagramm

Az alábbiakban a 4-20mA áramhurok-tesztelő áramkörének teljes diagramját mutatjuk be.

Amint láthatja, az áramkör meglehetősen egyszerű, egy op-amp-ból áll, amely tranzisztort hajt. A tranzisztor kimeneti áramát egy LED kapja, ez a kimeneti áram a potenciométer változtatásával 0mA és 20mA között változtatható, és a fentiek szerint csatlakoztatott ampermérővel mérhető.

Az Op-amp itt negatív visszacsatolású áramforrásként működik. A változó bemeneti feszültséget az Op-Amp nem invertáló csapjára kapjuk meg egy potenciométer segítségével. A maximális kimeneti áramot (ebben az esetben 20mA) az op-Amp invertáló csapjához csatlakoztatott ellenállás segítségével állíthatjuk be. Most az edény nem invertáló érintkezőjére adott feszültség alapján az op-erősítő torzítja a tranzisztort, hogy állandó áramot hozzon létre a LED-en keresztül. Ez az állandó áram fennmarad, függetlenül az áramforrásként működő terhelési ellenállás értékétől. Ezt a típusú erősítőt transzvezetés-erősítőnek hívják. Az áramkör egyszerű és könnyen elkészíthető a kenyérlapon az alábbiak szerint.

4-20mA áramhurok tesztelő működése

A LED itt terhelésként működik, és az áramkör áramkör biztosítja a szükséges áramot a terheléshez. A terhelési áramot a BC557 szolgáltatja, amelyet közvetlenül a 4558 op-amp vezérel. Az erősítő pozitív bemenetén referenciafeszültséget biztosít a potenciométer. A referenciafeszültségtől függően az op-amp biztosítja az előfeszítő áramot a tranzisztor bázisához. A kiegészítő soros ellenállást hozzáadjuk a potenciométerhez, hogy korlátozzuk a referenciafeszültséget és az erősítő kimenetét, ezzel létrehozva a 0mA és 20mA közötti határt. Ennek az ellenállási értéknek a megváltoztatásával a minimum és a maximális áram kimeneti határa is megváltozik.

Az áramkör tesztelése

Miután az áramkör kiépült, táplálja azt egy szabályozott 5 V-os forrás segítségével. A kenyérlap tápegységét használtam, hasonlóan ahhoz, amit korábban építettünk az áramkör táplálásához, az alábbiak szerint.

Megjegyzés: A 300k-os ellenálláshoz két ellenállást használnak 100k és 200k sorozatban.

Az áramkör teszteléséhez multimétert használtam Amp módban, és a szondákat a kapcsolási rajzon bemutatott ampermérő helyett csatlakoztattam. Ellenőrizheti ezt a multiméter használati útmutatót, ha új ismerete van a multiméterekkel. Mivel változtatom a potenciométert, a multiméter aktuális értéke 4mA és 20mA között változik. A teljes működő videó ennek alján található.

A jelenlegi hurok tesztelő áramkör alkalmazásai

A 4-20mA áramkör tesztelő fő alkalmazási területe a PLC gépek tesztelése vagy kalibrálása, amelyek 4-20 mA protokollt kapnak, és attól függően szolgáltatnak adatokat. Ezért a hibás kalibrálás a PLC által észlelt hibaértéket eredményezte. Nemcsak a kalibrálás, hanem egy kényelmes folyamat is az aktuális huroktörés ellenőrzésére.

A 4-20mA áramkör alkalmazásának hatalmas területe van az ipari automatizálási és vezérlőrendszerekben. Mint például a víz áramlása, a szelep helyzete, az olajtermelés és a kapcsolódó érzékelők, amelyek elengedhetetlenek a gyártási folyamathoz, mind 4-20 mA-es kommunikációs vonalat használnak. A hibakeresés és a hibakeresés kulcsfontosságú munka az iparban, hogy időt és pénzt takarítson meg. A pontos 4-20 mA-es áramkör tesztelő elengedhetetlen eszköz az érzékelővel kapcsolatos problémák megoldásához.

A 4-20mA jelenlegi hurok tesztelő korlátai

Az áramkörnek vannak bizonyos korlátai. Az ipari környezet nagyon kemény, mint a laboratóriumi környezet. Ezért az áramkörnek különféle védelmi áramkörökből kell állnia, mint például rövidzárlat-védelem és túlfeszültség-védelem az összes bemeneten és kimeneten, amely alkalmas ipari környezetben történő felhasználásra.