4-20Ma strömslingstestare med op

Sensorer är en integrerad del av alla mätsystem eftersom de hjälper till att omvandla parametrarna i den verkliga världen till elektroniska signaler som kan förstås av maskiner. I en industriell miljö är den vanligaste typen av sensorer den analoga sensorn och den digitala sensorn. Digitala sensorer kommunicerar med 0- och 1-protokoll som USART, I2C, SPI etc. Och analoga sensorer kan kommunicera via variabel ström eller variabel spänning. Många av oss borde känna till sensorer som matar ut variabel spänning som LDR, MQ-gassensor, Flex-sensor etc. Dessa analoga spänningssensorer är kopplade till spänning till strömomvandlare för att omvandla den analoga spänningen till analog ström för att bli en variabel strömsensor.

Den här variabla strömgivaren följer 4-20mA-protokollet, vilket innebär att sensorn matar ut 4mA när de uppmätta värdena är 0 och kommer att mata ut 20mA när det uppmätta värdet är maximalt. Om sensorn matar ut något mindre än 4mA eller mer än 20mA kan det antas vara ett fel. Sensorn matar ut strömmen genom tvinnade trådar så att både ström och data kan strömma genom endast två ledningar. Det lägsta eller 'noll' värdet är 4mA. Detta beror på situationen när utgången är noll eller 4 mA kan den fortfarande driva enheten. Eftersom signalen sänds som ström kan den skickas till långa avstånd utan att oroa sig för spänningsfall på grund av trådmotstånd eller om bullerimmunitet.

I branscher är kalibrering av sensorn en rutinprocess och för att kalibrera systemet och även för felsökning av felresultat utförs aktuell looptestning. I nuvarande looptestning använder den en verifieringsprocess som kontrollerar brott i kommunikationslinjen. Den kontrollerar också sändarens utström. I det här projektet kommer vi att skapa en grundläggande strömslingstestare med få komponenter som gör att vi manuellt kan justera strömmen från 4ma till 20mA genom att vrida en potentiometer. Denna krets kan användas som en dummy-sensor för att emulera program eller för felsökning.

Komponentkrav

1. En PNP-transistor (BC557 används)
2. En Op-Amp (JRC4558 används)
3. 300k motstånd
4. 1k motstånd
5. 50k potentiometer med 10 varv.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2st
8. 100R motstånd - tolerans 5%
9. En LED (valfri färg)
10. 5V strömförsörjning
11. Bakbord
12. Anslutningstråd
13. En multimeter för att mäta strömmen

Låt oss ta en titt på de viktiga komponenterna som används i detta projekt. I bilden nedan visas PNP-transistorn, BC557 pin out.

Detta är en av de vanligaste PNP-transistorerna med tre stift. BC557 är identiskt par NPN BC547. Från vänster till höger är stiften Emitter, Base och Collector. Andra motsvarande transistorer är BC556, BC327, 2N3906 etc.

Den förstärkare som används här (JRC4558) följer samma stiftdiagram som används i andra typer av förstärkare. Stift 1, stift 2, stift 3 används för en enda op-amp och stift 5, 6, 7 används för den andra kanalen. Vilken kanal som helst kan användas för detta projekt. Den åttonde stiftet är den positiva försörjningskällan och den fjärde stiftet är GND. Den JRC4558D Op-Amp används för detta projekt, men andra op-förstärkare kommer också att arbeta. Så som - TL072, LM258, LM358, etc.

Den femte komponenten i dellistan, 50k potentiometer med 10 varv, kommer från Bourns. Artikelnumret är 3590S-2-503L. Det är dock lite dyrt. 10-svängkrukan är bäst för detta ändamål, men andra generiska potentiometrar fungerade också bra. Skillnaden är att upplösningen blir mindre med generisk potentiometer på grund av vilken den aktuella källans tillväxt eller minskning inte blir jämn. I detta projekt används Bourns potentiometer. De pinouts av Bourns potentiometer är lite förvirrande jämfört med standard potentiometer pinouts. I bilden nedan är den första stiftet från vänster torkstiften. Man måste vara försiktig när man ansluter denna potentiometer i alla applikationer.

Kretsschema

Det fullständiga kretsschemat för strömtestaren 4-20mA visas nedan.

Som du kan se är kretsen ganska enkel, den består av en op-amp som driver en transistor. Utgångsströmmen från transistorn matas till en lysdiod, denna utgångsström kan varieras från 0mA till 20mA genom att variera potentiometern och kan mätas med en ansluten amperemätare som visas ovan.

Op-amp här är utformad för att fungera som en aktuell källa med negativ feedback. Den ingående variabla spänningen ges till Op-Amps icke-inverterande stift med en potentiometer. Den maximala utgångsströmmen (i detta fall 20mA) ställs in med hjälp av motståndet som är anslutet till op-Ampens inverteringsstift. Baserat på den spänning som tillhandahålls till icke-inverterande stift från potten, kommer förstärkaren att förspänna transistorn så att den får en konstant ström genom lysdioden. Denna konstanta ström kommer att bibehållas oberoende av belastningsmotståndsvärdet som fungerar som en strömkälla. Denna typ av förstärkare kallas Transconductance Amplifier. Kretsen är enkel och kan enkelt konstrueras på en brädbräda enligt bilden nedan.

Arbeten med 4-20mA Current Loop Tester

Lysdioden fungerar här som belastning och strömslingkretsen ger den erforderliga strömmen till belastningen. Lastströmmen tillförs av BC557 som styrs direkt av op-amp 4558. På förstärkarens positiva ingång tillhandahålls en referensspänning av potentiometern. Beroende på referensspänningen tillhandahåller op-amp förspänningsströmmen till transistorns bas. Det ytterligare seriemotståndet läggs till över potentiometern för att begränsa referensspänningen såväl som utgången från förstärkaren, vilket skapar gränsen mellan 0mA och 20mA. Ändring av detta motståndsvärde ändrar också minsta till maximala strömutgångsgräns.

Test av kretsen

När kretsen är byggd, strömförsörj den med en reglerad 5V-källa. Jag har använt strömförsörjningen för brädbrädet, liknande det vi byggde tidigare för att driva kretsen, som visas nedan.

Obs: För 300k-motståndet används två motstånd i serie 100k och 200k.

För att testa kretsen har jag använt en multimeter i förstärkarläge och anslutit dess sonder i stället för den amperemätare som visas i kretsschemat. Du kan kontrollera den här användarhandboken för multimeter om du är ny med multimetrar. När jag varierar potentiometern kan det aktuella värdet på multimetern märkas varierar från 4mA till 20mA. Den kompletta arbets video kan hittas på botten av detta.

Tillämpningar av Current Loop Tester Circuit

Huvudapplikationen för 4-20mA strömslingstestare är att testa eller kalibrera PLC-maskiner som tar emot 4-20 mA-protokoll och tillhandahåller data beroende på det. Därför resulterade fel kalibrering i felvärde som PLC uppfattade. Inte bara kalibrering, men det är också en praktisk process att kontrollera det aktuella slingbrottet.

Tillämpningen av strömslingan 4-20mA har en enorm omfattning inom industriell automatisering och styrsystem. Så som, vattenflöde, ventilposition, oljeproduktion och tillhörande sensorer som är väsentliga för produktionsprocessen använder alla 4-20 mA kommunikationslinje. Felsökning och hitta felvillkor är ett viktigt jobb i branschen för att spara tid och pengar. En exakt 4-20 mA strömslingstestare är ett viktigt verktyg för att lösa sensorrelaterade problem.

Begränsningar av 4-20mA Current Loop Tester

Kretsen har vissa begränsningar. Industrimiljön är mycket hård än den labbaserade miljön. Därför bör kretsen bestå av olika skyddskretsar som kortslutningsskydd och överspänningsskydd över alla in- och utgångar som är lämpliga att använda i industriella miljöer.