4-20Ma stroomlus tester met op

Sensoren zijn een integraal onderdeel van elk meetsysteem, omdat ze helpen bij het omzetten van de werkelijke parameters in elektronische signalen die door machines kunnen worden begrepen. In een industriële omgeving is het meest gebruikte type sensoren de analoge sensor en digitale sensoren. Digitale sensoren communiceren met nullen en enen volgens protocollen zoals USART, I2C, SPI etc. En analoge sensoren kunnen communiceren via variabele stroom of variabele spanning. Velen van ons zouden bekend moeten zijn met sensoren die een variabele spanning uitvoeren, zoals LDR, MQ-gassensor, Flex-sensor enz. Deze analoge spanningssensoren zijn gekoppeld met spannings-naar-stroomomzetters om de analoge spanning om te zetten in analoge stroom om een ​​variabele stroomsensor te worden.

Deze variabele stroomsensor volgt het 4-20mA-protocol, wat betekent dat de sensor 4mA zal uitvoeren als de gemeten waarden 0 zijn en 20mA zal uitvoeren als de gemeten waarde maximaal is. Als de sensor iets minder dan 4mA of meer dan 20mA produceert, kan dit als een storing worden beschouwd. De sensor voert de stroom uit via twisted pair-draden, waardoor zowel stroom als gegevens door slechts 2 draden kunnen stromen. De laagste of 'nul'-waarde is 4mA. Dit komt door de situatie waarin wanneer de output nul of 4mA is, het nog steeds het apparaat kan voeden. Omdat het signaal wordt verzonden als stroom, kan het ook over grote afstanden worden verzonden zonder dat u zich zorgen hoeft te maken over spanningsval als gevolg van draadweerstand of over immuniteit voor ruis.

In industrieën is kalibratie van de sensor een routineproces, en om het systeem te kalibreren en ook voor het oplossen van foutresultaten, worden stroomkringtests uitgevoerd. Bij het testen van de huidige lus maakt het gebruik van een verificatieproces dat breuk in de communicatielijn controleert. Het controleert ook de uitgangsstroom van de zender. In dit project zullen we een basisstroomlus-tester maken met een paar componenten waarmee we de stroom handmatig kunnen aanpassen van 4ma tot 20mA door aan een potentiometer te draaien. Dit circuit kan worden gebruikt als een dummy-sensor om programma's te emuleren of voor foutopsporing.

Componentenvereisten

1. Een PNP-transistor (BC557 wordt gebruikt)
2. Een Op-Amp (JRC4558 wordt gebruikt)
3. 300k weerstand
4. 1k weerstand
5. 50k potentiometer met 10 slagen.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2 stuks
8. 100R weerstand - tolerantie 5%
9. Een LED (elke kleur)
10. 5V voeding
11. Breadboard
12. Aansluitdraad
13. Een multimeter om de stroom te meten

Laten we eens kijken naar de belangrijke componenten die in dit project worden gebruikt. In de onderstaande afbeelding wordt de PNP-transistor, BC557 pin-out weergegeven.

Dit is een van de meest voorkomende drie-pins PNP-transistors. BC557 is het identieke paar NPN BC547. Van links naar rechts zijn de pinnen Emitter, Base en Collector. Andere gelijkwaardige transistors zijn BC556, BC327, 2N3906 etc.

De op-amp die hier wordt gebruikt (JRC4558) volgt hetzelfde pin-diagram als gebruikt in andere soorten op-amps. De Pin 1, Pin 2, Pin 3 worden gebruikt voor een enkele op-amp en Pin 5, 6, 7 worden gebruikt voor het andere kanaal. Elk kanaal kan voor dit project worden gebruikt. De 8e pin is de positieve voedingsbron en de 4e pin is de GND. De JRC4558D Op-Amp wordt gebruikt voor dit project, maar andere op-amps zullen ook werken. Zoals zoals - TL072, LM258, LM358, etc.

Het 5e onderdeel in de onderdelenlijst, 50k potentiometer met 10 slagen is van de Bourns. Het onderdeelnummer is 3590S-2-503L. Het is echter een wat kostbare component. De 10 Turn pot is hiervoor het beste, maar andere generieke potmeters werkten ook prima. Het verschil is dat de resolutie lager zal zijn met een generieke potentiometer, waardoor het verhogen of verlagen van de huidige bron niet vloeiend zal zijn. In dit project wordt de Bourns-potentiometer gebruikt. De pinouts van de Bourns-potmeter zijn een beetje verwarrend vergeleken met de standaard potmeter-pinouts. In de onderstaande afbeelding is de eerste pin van links de wisserpen. Men moet voorzichtig zijn bij het aansluiten van deze potentiometer in elke toepassing.

Schakelschema

Het volledige schakelschema voor de 4-20mA stroomlus tester wordt hieronder getoond.

Zoals je kunt zien, is het circuit vrij eenvoudig, het bestaat uit een op-amp die een transistor aandrijft. De uitgangsstroom van de transistor wordt naar een LED geleid, deze uitgangsstroom kan worden gevarieerd van 0mA tot 20mA door de potentiometer te variëren en kan worden gemeten met een ampèremeter die is aangesloten zoals hierboven weergegeven.

De Op-amp hier is ontworpen om te werken als een stroombron met negatieve feedback. De variabele ingangsspanning wordt met behulp van een potentiometer aan de niet-inverterende pin van de Op-Amp gegeven. De maximale uitgangsstroom (in dit geval 20mA) wordt ingesteld met behulp van de weerstand die is aangesloten op de inverterende pin van de op-Amp. Nu gebaseerd op de spanning die wordt geleverd aan de niet-inverterende pin vanuit de pot, zal de op-amp de transistor voorinstellen om een ​​constante stroom door de LED te genereren. Deze constante stroom wordt gehandhaafd ongeacht de belastingsweerstandswaarde die als stroombron fungeert. Dit type versterker wordt transconductantieversterker genoemd. Het circuit is eenvoudig en kan gemakkelijk op een breadboard worden gebouwd, zoals hieronder wordt weergegeven.

Werking van 4-20mA Current Loop Tester

De LED fungeert hier als de belasting en het stroomluscircuit levert de vereiste stroom aan de belasting. De belastingsstroom wordt geleverd door de BC557 die direct wordt aangestuurd door de op-amp 4558. Op de positieve ingang van de versterker wordt een referentiespanning geleverd door de potentiometer. Afhankelijk van de referentiespanning, levert de op-amp de instelstroom aan de basis van de transistor. De extra serieweerstand wordt over de potentiometer toegevoegd om zowel de referentiespanning als de output van de versterker te beperken, waardoor de grens van 0mA tot 20mA ontstaat. Als u deze weerstandswaarde wijzigt, verandert ook de minimale naar maximale stroomuitgangsgrens.

Testen van het circuit

Zodra het circuit is opgebouwd, voedt u het met een gereguleerde 5V-bron. Ik heb de breadboard-voeding gebruikt, vergelijkbaar met wat we eerder hebben gebouwd om het circuit van stroom te voorzien, zoals hieronder wordt weergegeven.

Opmerking: voor de 300k-weerstand worden twee weerstanden gebruikt in de series 100k en 200k.

Om het circuit te testen heb ik een multimeter in Amp-modus gebruikt en de sondes aangesloten in plaats van de ampèremeter die in het schakelschema wordt getoond. U kunt deze gebruiksgids voor multimeters raadplegen als u nieuw bent met multimeters. Terwijl ik de potentiometer varieer, kan de huidige waarde op de multimeter worden opgemerkt, variërend van 4mA tot 20mA. De complete werkvideo vindt u onderaan deze.

Toepassingen van Current Loop Tester Circuit

De belangrijkste toepassing van de 4-20 mA stroomlus tester is om de PLC-machines die een 4-20 mA protocol ontvangen te testen of te kalibreren en afhankelijk daarvan gegevens te verstrekken. Daarom resulteerde de verkeerde kalibratie in een foutwaarde die door de PLC werd waargenomen. Niet alleen kalibratie, maar het is ook een handig proces om de huidige lusbreuk te controleren.

De toepassing van de 4-20mA-stroomlus heeft een enorm toepassingsgebied in industriële automatisering en controlesystemen. Zoals waterstroom, klepstand, olieproductie en de bijbehorende sensoren die essentieel zijn voor het productieproces maken allemaal gebruik van een 4-20 mA communicatielijn. Het opsporen van fouten en het vinden van fouten is een cruciale taak in de branche om tijd en geld te besparen. Een nauwkeurige stroomkringtester van 4-20 mA is een essentieel hulpmiddel om sensorgerelateerde problemen op te lossen.

Beperkingen van 4-20mA Current Loop Tester

Het circuit heeft bepaalde beperkingen. De industriële omgeving is erg zwaar dan de laboratoriumomgeving. Daarom moet het circuit bestaan ​​uit verschillende beveiligingscircuits, zoals kortsluitingsbeveiliging en overspanningsbeveiliging voor alle in- en uitgangen, die geschikt zijn voor gebruik in industriële omgevingen.