เครื่องทดสอบวงปัจจุบัน 4-20Ma โดยใช้ op

เซนเซอร์เป็นส่วนสำคัญของระบบการวัดใด ๆ เนื่องจากช่วยในการแปลงพารามิเตอร์ในโลกแห่งความเป็นจริงให้เป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่เครื่องจักรสามารถเข้าใจได้ ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมประเภทที่ใช้ทั่วไปของเซ็นเซอร์เป็นอะนาล็อกเซนเซอร์และ Digital เซ็นเซอร์เซ็นเซอร์ดิจิทัลสื่อสารกับโปรโตคอลต่อไปนี้ของ 0 และ 1 เช่น USART, I2C, SPI เป็นต้นและเซ็นเซอร์อนาล็อกสามารถสื่อสารผ่านกระแสไฟฟ้าผันแปรหรือแรงดันไฟฟ้าผันแปรได้ พวกเราหลายคนน่าจะคุ้นเคยกับเซ็นเซอร์ที่ให้แรงดันไฟฟ้าแบบแปรผันเช่น LDR, เซ็นเซอร์ก๊าซ MQ, เซ็นเซอร์ Flex เป็นต้นเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าแบบแอนะล็อกเหล่านี้ใช้คู่กับตัวแปลงแรงดันเป็นกระแสเพื่อแปลงแรงดันอนาล็อกเป็นกระแสอนาล็อกให้กลายเป็นเซ็นเซอร์กระแสแปรผัน

นี้เซ็นเซอร์ปัจจุบันตัวแปรดังนี้โปรโตคอล 4-20mA ความหมายเซ็นเซอร์ออกจะ 4Ma เมื่อค่าที่วัดได้คือ 0 และประสงค์ 20mA ส่งออกเมื่อค่าที่วัดได้สูงสุดหากเซ็นเซอร์ส่งออกอะไรที่น้อยกว่า 4mA หรือมากกว่า 20mA อาจถือว่าเป็นเงื่อนไขความผิดปกติ เซ็นเซอร์จะส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายคู่บิดให้ทั้งพลังงานและข้อมูลไหลผ่านสายไฟเพียง 2 สาย ค่าต่ำสุดหรือ 'ศูนย์' คือ 4mA นี่เป็นเพราะสถานการณ์ที่เมื่อเอาต์พุตเป็นศูนย์หรือ 4mA ก็ยังสามารถจ่ายไฟให้อุปกรณ์ได้ นอกจากนี้เนื่องจากสัญญาณถูกส่งเป็นกระแสจึงสามารถส่งไปทางไกลได้โดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าตกเนื่องจากความต้านทานของสายไฟหรือเกี่ยวกับการป้องกันเสียง

ในอุตสาหกรรมการสอบเทียบเซ็นเซอร์เป็นกระบวนการที่ต้องทำเป็นประจำและเพื่อปรับเทียบระบบและเพื่อแก้ไขผลข้อผิดพลาดการทดสอบลูปปัจจุบันจะดำเนินการ ในการทดสอบลูปปัจจุบันจะใช้กระบวนการตรวจสอบที่ตรวจสอบการแตกหักในสายสื่อสาร นอกจากนี้ยังตรวจสอบกระแสเอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณ ในโครงการนี้เราจะสร้างเครื่องทดสอบลูปกระแสพื้นฐานโดยใช้ส่วนประกอบไม่กี่ชิ้นซึ่งช่วยให้เราปรับกระแสจาก 4ma เป็น 20mA ได้ด้วยตนเองโดยการเปลี่ยนโพเทนชิออมิเตอร์ วงจรนี้สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์จำลองเพื่อจำลองโปรแกรมหรือสำหรับการดีบัก

ข้อกำหนดส่วนประกอบ

ทรานซิสเตอร์ PNP (ใช้ BC557)
Op-Amp (ใช้ JRC4558)
ตัวต้านทาน 300k
ตัวต้านทาน 1k
โพเทนชิออมิเตอร์ 50k 10 เทิร์น
100pF 16V
0.1uF 16V - 2 ชิ้น
ตัวต้านทาน 100R - ความอดทน 5%
LED (สีใดก็ได้)
แหล่งจ่ายไฟ 5V
เขียงหั่นขนม
ลวดเชื่อม
มัลติมิเตอร์เพื่อวัดกระแส

เรามาดูส่วนประกอบสำคัญที่ใช้ในโครงการนี้กัน ในภาพด้านล่างจะแสดงทรานซิสเตอร์ PNP ขาออก BC557

นี้เป็นหนึ่งในที่สุดที่พบบ่อยขาสามทรานซิสเตอร์ PNP BC557 เป็นคู่ที่เหมือนกันของ NPN BC547 จากซ้ายไปขวาหมุดคือ Emitter, Base และ Collector ทรานซิสเตอร์อื่น ๆ ที่เทียบเท่า ได้แก่ BC556, BC327, 2N3906 เป็นต้น

op-amp ที่ใช้ที่นี่ (JRC4558) เป็นไปตามแผนภาพพินเดียวกับที่ใช้ในออปแอมป์ประเภทอื่น ๆ Pin 1, Pin 2, Pin 3 ใช้สำหรับ op-amp ตัวเดียวและ Pin 5, 6, 7 ที่ใช้กับอีกช่องหนึ่ง สามารถใช้ช่องใดก็ได้สำหรับโครงการนี้ พินที่ 8 คือแหล่งจ่ายไฟบวกและพินที่ 4 คือ GND JRC4558D Op-Ampจะใช้สำหรับโครงการนี้ แต่สหกรณ์แอมป์อื่น ๆ นอกจากนี้ยังจะทำงาน เช่น - TL072, LM258, LM358 เป็นต้น

ส่วนประกอบที่ 5 ในรายการชิ้นส่วนโพเทนชิออมิเตอร์ 50k 10 เทิร์นมาจาก Bourns หมายเลขชิ้นส่วนคือ 3590S-2-503L อย่างไรก็ตามมันเป็นส่วนประกอบที่มีราคาแพงเล็กน้อย หม้อ 10 เทิร์นดีที่สุดสำหรับจุดประสงค์นี้ แต่โพเทนชิโอมิเตอร์ทั่วไปอื่น ๆ ก็ทำงานได้ดีเช่นกัน ความแตกต่างคือความละเอียดจะน้อยลงเมื่อใช้โพเทนชิออมิเตอร์ทั่วไปเนื่องจากการเพิ่มหรือลดของแหล่งกระแสจะไม่ราบรื่น ในโครงการนี้ใช้โพเทนชิออมิเตอร์แบบบอร์นส์ พินเอาต์ของโพเทนชิออมิเตอร์ Bournsนั้นค่อนข้างสับสนเมื่อเทียบกับพินทิโอมิเตอร์มาตรฐาน ในภาพด้านล่างหมุดแรกจากด้านซ้ายคือเข็มปัดน้ำฝน ต้องระมัดระวังในขณะเชื่อมต่อโพเทนชิออมิเตอร์นี้ในแอปพลิเคชันใด ๆ

แผนภูมิวงจรรวม

แผนภาพวงจรที่สมบูรณ์สำหรับเครื่องทดสอบลูปกระแส 4-20mAแสดงไว้ด้านล่าง

ดังที่คุณเห็นว่าวงจรค่อนข้างเรียบง่ายประกอบด้วย op-amp ที่ขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์ กระแสเอาต์พุตจากทรานซิสเตอร์จะถูกป้อนเข้ากับ LED กระแสเอาต์พุตนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0mA ถึง 20mA โดยการเปลี่ยนโพเทนชิออมิเตอร์และสามารถวัดได้โดยแอมป์มิเตอร์ที่เชื่อมต่อดังที่แสดงด้านบน

Op-amp ที่นี่ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำงานเป็นแหล่งข้อมูลปัจจุบันที่มีข้อเสนอแนะเชิงลบ แรงดันไฟฟ้าของตัวแปรอินพุตจะถูกกำหนดให้กับพินที่ไม่กลับด้านของ Op-Amp โดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ กระแสเอาต์พุตสูงสุด (ในกรณีนี้คือ 20mA) ถูกตั้งค่าโดยใช้ตัวต้านทานที่เชื่อมต่อกับขากลับด้านของ op-Amp ตอนนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ให้ไว้กับพินที่ไม่กลับด้านจากหม้อ op-amp จะทำให้ทรานซิสเตอร์มีอคติเพื่อจ่ายกระแสคงที่ผ่าน LED กระแสคงที่นี้จะถูกคงไว้โดยไม่คำนึงถึงค่าความต้านทานโหลดที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งกระแส ประเภทของเครื่องขยายเสียงนี้จะเรียกว่าเป็นTransconductance Amplifier วงจรนั้นง่ายและสามารถสร้างได้อย่างง่ายดายบนเขียงหั่นขนมดังที่แสดงด้านล่าง

การทำงานของเครื่องทดสอบลูปปัจจุบัน 4-20mA

LED ที่นี่ทำหน้าที่เป็นโหลดและวงจรลูปปัจจุบันให้กระแสที่ต้องการให้กับโหลด กระแสโหลดถูกจ่ายโดย BC557 ซึ่งควบคุมโดยตรงโดย op-amp 4558 ที่อินพุตบวกของเครื่องขยายเสียงโพเทนชิออมิเตอร์จะได้รับแรงดันอ้างอิง ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง op-amp จะให้กระแสไบแอสไปยังฐานของทรานซิสเตอร์ ตัวต้านทานแบบอนุกรมเพิ่มเติมจะถูกเพิ่มข้ามโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อจำกัด แรงดันอ้างอิงรวมทั้งเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์จึงสร้างขอบเขต 0mA ถึง 20mA การเปลี่ยนค่าตัวต้านทานนี้ยังเปลี่ยนขอบเขตเอาต์พุตต่ำสุดถึงสูงสุดในปัจจุบัน

การทดสอบวงจร

เมื่อสร้างวงจรแล้วให้จ่ายไฟโดยใช้ 5Vsource ที่มีการควบคุม ฉันใช้แหล่งจ่ายไฟเขียงหั่นขนมคล้ายกับที่เราสร้างไว้ก่อนหน้านี้เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรดังที่แสดงด้านล่าง

หมายเหตุ:สำหรับตัวต้านทาน 300k จะใช้ตัวต้านทานสองตัวในซีรีส์ 100k และ 200k

ในการทดสอบวงจรฉันใช้มัลติมิเตอร์ในโหมดแอมป์และเชื่อมต่อโพรบแทนแอมป์มิเตอร์ที่แสดงในแผนภาพวงจร คุณสามารถตรวจสอบคู่มือการใช้งานมัลติมิเตอร์นี้ได้หากคุณยังใหม่กับมัลติมิเตอร์ ในขณะที่ฉันเปลี่ยนโพเทนชิออมิเตอร์ค่าปัจจุบันของมัลติมิเตอร์จะสังเกตได้ว่าแตกต่างกันไปตั้งแต่ 4mA ถึง 20mA วิดีโอการทำงานที่สมบูรณ์สามารถพบได้ที่ด้านล่างนี้

การประยุกต์ใช้วงจรทดสอบลูปปัจจุบัน

แอปพลิเคชันหลักของเครื่องทดสอบลูปกระแส 4-20mA คือการทดสอบหรือปรับเทียบเครื่อง PLCที่รับโปรโตคอล 4-20 mA และให้ข้อมูลขึ้นอยู่กับมัน ดังนั้นการสอบเทียบที่ไม่ถูกต้องส่งผลให้ PLC รับรู้ค่าความผิดพลาด ไม่เพียง แต่การสอบเทียบเท่านั้น แต่ยังเป็นกระบวนการที่สะดวกในการตรวจสอบการแตกของลูปปัจจุบัน

การประยุกต์ใช้ลูปกระแส 4-20mA มีขอบเขตมากมายในระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและระบบควบคุม เช่นการไหลของน้ำตำแหน่งวาล์วการผลิตน้ำมันและเซ็นเซอร์ที่เกี่ยวข้องซึ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการผลิตทั้งหมดใช้สายสื่อสาร 4-20 mA การแก้จุดบกพร่องและการค้นหาเงื่อนไขข้อบกพร่องเป็นงานที่สำคัญในอุตสาหกรรมนี้เพื่อประหยัดเวลาและเงิน เครื่องทดสอบลูปกระแสไฟฟ้า 4-20 mA ที่แม่นยำเป็นเครื่องมือสำคัญในการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์

ข้อ จำกัด ของ Current Loop Tester 4-20mA

วงจรมีข้อ จำกัด บางประการ สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมมีความรุนแรงมากกว่าสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการ ดังนั้นวงจรควรประกอบด้วยวงจรป้องกันต่างๆเช่นการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรและการป้องกันไฟกระชากในอินพุตและเอาต์พุตทั้งหมดซึ่งเหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม