4-20Ma اختبار الحلقة الحالية باستخدام المرجع

تعد المستشعرات جزءًا لا يتجزأ من أي نظام قياس لأنها تساعد في تحويل معلمات العالم الحقيقي إلى إشارات إلكترونية يمكن أن تفهمها الآلات. في البيئة الصناعية ، النوع الشائع من أجهزة الاستشعار هو المستشعر التناظري وأجهزة الاستشعار الرقمية. تتصل المستشعرات الرقمية بالبروتوكولات التالية من 0 و 1 مثل USART و I2C و SPI وما إلى ذلك ، ويمكن لأجهزة الاستشعار التناظرية الاتصال من خلال التيار المتغير أو الجهد المتغير. يجب أن يكون الكثير منا على دراية بالمستشعرات التي تنتج جهدًا متغيرًا مثل LDR ، ومستشعر الغاز MQ ، ومستشعر Flex وما إلى ذلك. وتقترن مستشعرات الجهد التناظرية هذه مع الجهد إلى محولات التيار لتحويل الجهد التناظري إلى تيار تناظري ليصبح مستشعر تيار متغير.

يتبع مستشعر التيار المتغير بروتوكول 4-20 مللي أمبير ، مما يعني أن المستشعر سيخرج 4 مللي أمبير عندما تكون القيم المقاسة 0 وسيخرج 20 مللي أمبير عندما تكون القيمة المقاسة هي الحد الأقصى. إذا كان خرج المستشعر أقل من 4 مللي أمبير أو أكثر من 20 مللي أمبير ، فيمكن اعتباره حالة خطأ. يخرج المستشعر التيار من خلال أسلاك زوجية مجدولة مما يسمح لكل من الطاقة والبيانات بالتدفق عبر سلكين فقط. أقل قيمة أو "صفر" هي 4mA. هذا بسبب الموقف عندما يكون الناتج صفرًا أو 4 مللي أمبير ، فلا يزال بإمكانه تشغيل الجهاز. أيضًا نظرًا لأن الإشارة تنتقل كتيار يمكن إرسالها إلى مسافات طويلة دون القلق بشأن انخفاض الجهد بسبب مقاومة الأسلاك أو مناعة الضوضاء.

في الصناعات ، تعد معايرة المستشعر عملية روتينية ، ولمعايرة النظام وأيضًا لاستكشاف نتائج الأخطاء وإصلاحها ، يتم إجراء اختبار الحلقة الحالية. في اختبار الحلقة الحالية ، تستخدم عملية التحقق التي تتحقق من الكسر في خط الاتصال. كما يتحقق من تيار خرج المرسل. في هذا المشروع ، سننشئ جهاز اختبار حلقة التيار الأساسي باستخدام مكونات قليلة تسمح لنا بضبط التيار يدويًا من 4ma إلى 20mA عن طريق تدوير مقياس الجهد. يمكن استخدام هذه الدائرة كجهاز استشعار وهمي لمحاكاة البرامج أو لتصحيح الأخطاء.

متطلبات المكونات

1. ترانزستور PNP (BC557 مستخدم)
2. Op-Amp (يستخدم JRC4558)
3. 300 كيلو المقاوم
4. 1 كيلو المقاوم
5. 50 كيلو 10 لفة فرق الجهد.
6. 100pF 16 فولت
7. 0.1 فائق التوهج 16 فولت - 2 قطعة
8. 100R المقاوم - التسامح 5٪
9. LED (أي لون)
10. 5V امدادات الطاقة
11. اللوح
12. وصل الأسلاك
13. جهاز متعدد لقياس التيار

دعنا نلقي نظرة على المكونات الهامة المستخدمة في هذا المشروع. في الصورة أدناه ، يظهر ترانزستور PNP ، دبوس BC557.

هذا واحد من أكثر ترانزستورات PNP الثلاثة شيوعًا. BC557 هو الزوج المماثل لـ NPN BC547. من اليسار إلى اليمين ، الدبابيس هي Emitter و Base و Collector. الترانزستورات الأخرى المكافئة هي BC556 ، BC327 ، 2N3906 إلخ.

يتبع المرجع أمبير المستخدم هنا (JRC4558) نفس مخطط الدبوس المستخدم في الأنواع الأخرى من أمبير. يتم استخدام Pin 1 و Pin 2 و Pin 3 لـ op-amp واحد و Pin 5 و 6 و 7 للقناة الأخرى. يمكن استخدام أي قناة لهذا المشروع. الدبوس الثامن هو مصدر الإمداد الإيجابي والدبوس الرابع هو GND. يتم استخدام JRC4558D Op-Amp لهذا المشروع ، ولكن ستعمل أيضًا أمبير أخرى. مثل - TL072 ، LM258 ، LM358 ، إلخ.

المكون الخامس في قائمة الأجزاء ، مقياس جهد 50 كيلو و 10 دورات من Bourns. رقم الجزء هو 3590S-2-503L. ومع ذلك ، فهو مكلف بعض الشيء. يعتبر وعاء 10 Turn هو الأفضل لهذا الغرض ، لكن مقاييس الجهد العامة الأخرى تعمل أيضًا بشكل جيد. الفرق هو أن الدقة ستكون أقل باستخدام مقياس الجهد العام الذي بسببه لن تكون الزيادة أو النقصان في المصدر الحالي سلسًا. في هذا المشروع ، يتم استخدام مقياس الجهد Bourns. إن نقاط توصيل مقياس الجهد Bourns مربكة بعض الشيء مقارنةً بمقياس الجهد القياسي. في الصورة أدناه ، أول دبوس من اليسار هو دبوس الماسحة. يحتاج المرء إلى توخي الحذر أثناء توصيل مقياس الجهد هذا في أي تطبيق.

مخطط الرسم البياني

يتم عرض مخطط الدائرة الكامل لاختبار الحلقة الحالية 4-20mA أدناه.

كما ترون الدائرة بسيطة جدًا ، فهي تتكون من جهاز op-amp الذي يقود الترانزستور. يتم تغذية تيار الخرج من الترانزستور إلى LED ، ويمكن تغيير تيار الخرج هذا من 0mA إلى 20mA عن طريق تغيير مقياس الجهد ويمكن قياسه بواسطة مقياس التيار المتصل كما هو موضح أعلاه.

تم تصميم Op-amp هنا للعمل كمصدر حالي بتعليقات سلبية. يتم إعطاء جهد الدخل المتغير للدبوس غير المقلوب الخاص بـ Op-Amp باستخدام مقياس الجهد. يتم ضبط الحد الأقصى لتيار الخرج (في هذه الحالة 20 مللي أمبير) باستخدام المقاوم المتصل بالدبوس المقلوب لمضخم المرجع. بناءً على الجهد المقدم إلى الدبوس غير المقلوب من الوعاء ، فإن المرجع أمبير سوف يحيز الترانزستور لتوليد تيار ثابت من خلال LED. سيتم الحفاظ على هذا التيار المستمر بغض النظر عن قيمة مقاومة الحمل التي تعمل كمصدر حالي. يسمى هذا النوع من المضخم بمضخم الموصلية. الدائرة بسيطة ويمكن بناؤها بسهولة على لوح التجارب كما هو موضح أدناه.

عمل 4-20mA اختبار الحلقة الحالية

يعمل الصمام هنا كحمل وتوفر دائرة الحلقة الحالية التيار المطلوب للحمل. يتم توفير تيار الحمل بواسطة BC557 والذي يتم التحكم فيه بشكل مباشر بواسطة op-amp 4558. على المدخلات الإيجابية للمكبر ، يتم توفير جهد مرجعي بواسطة مقياس الجهد. اعتمادًا على الجهد المرجعي ، يوفر جهاز op-amp تيار التحيز لقاعدة الترانزستور. تتم إضافة المقاوم التسلسلي الإضافي عبر مقياس الجهد للحد من الجهد المرجعي وكذلك إخراج مكبر الصوت وبالتالي إنشاء حدود 0mA إلى 20mA. يؤدي تغيير قيمة المقاوم أيضًا إلى تغيير الحد الأدنى إلى الحد الأقصى لحدود الإخراج الحالية.

اختبار الدائرة

بمجرد إنشاء الدائرة ، قم بتشغيلها باستخدام مصدر 5V منظم. لقد استخدمت مصدر طاقة اللوح ، على غرار ما أنشأناه سابقًا لتشغيل الدائرة كما هو موضح أدناه.

ملاحظة: بالنسبة للمقاوم 300 كيلو ، يتم استخدام مقاومين في سلسلة 100 كيلو و 200 كيلو.

لاختبار الدائرة ، استخدمت مقياسًا متعددًا في وضع Amp وقمت بتوصيل مجساته بدلاً من مقياس التيار الموضح في مخطط الدائرة. يمكنك التحقق من دليل استخدام جهاز القياس المتعدد إذا كنت جديدًا باستخدام أجهزة القياس المتعددة. نظرًا لأنني أقوم بتغيير مقياس الجهد ، يمكن ملاحظة القيمة الحالية للمقياس المتعدد من 4mA إلى 20mA. في الفيديو العمل كاملة ويمكن الاطلاع على الجزء السفلي من هذا.

تطبيقات دائرة اختبار الحلقة الحالية

التطبيق الرئيسي لمختبر الحلقة الحالية 4-20mA هو اختبار أو معايرة آلات PLC التي تتلقى بروتوكول 4-20 مللي أمبير وتوفير البيانات اعتمادًا عليه. لذلك ، أدت المعايرة الخاطئة إلى قيمة خطأ يتصورها PLC. ليس المعايرة فحسب ، بل إنها أيضًا عملية مريحة للتحقق من كسر الحلقة الحالية.

إن تطبيق حلقة التيار 4-20mA له نطاق كبير في الأتمتة الصناعية ونظام التحكم. مثل ، تدفق المياه ، وضع الصمام ، إنتاج الزيت والمستشعرات المرتبطة به والتي تعتبر ضرورية لعملية الإنتاج كلها تستخدم خط اتصال 4-20 مللي أمبير يعد تصحيح الأخطاء وإيجاد حالة الخطأ مهمة حاسمة في الصناعة لتوفير الوقت والمال. يعد اختبار الحلقة الحالية بدقة 4-20 مللي أمبير أداة أساسية لحل المشكلات المتعلقة بالمستشعر.

حدود 4-20mA اختبار الحلقة الحالية

الدائرة لها قيود معينة. البيئة الصناعية قاسية للغاية من بيئة المختبر. لذلك ، يجب أن تتكون الدائرة من دوائر حماية مختلفة مثل حماية ماس كهربائى وحماية من زيادة التيار عبر جميع المدخلات والمخرجات المناسبة للاستخدام في البيئات الصناعية.