Testeur de boucle de courant 4-20Ma utilisant op

Les capteurs font partie intégrante de tout système de mesure car ils aident à convertir les paramètres du monde réel en signaux électroniques qui pourraient être compris par les machines. Dans un environnement industriel, le type de capteurs couramment utilisé est le capteur analogique et les capteurs numériques. Les capteurs numériques communiquent avec les protocoles suivants 0 et 1 tels que USART, I2C, SPI, etc. Et les capteurs analogiques peuvent communiquer via un courant variable ou une tension variable. Beaucoup d'entre nous devraient être familiers avec les capteurs qui produisent une tension variable comme le LDR, le capteur de gaz MQ, le capteur Flex, etc. Ces capteurs de tension analogiques sont couplés à des convertisseurs de tension en courant pour convertir la tension analogique en courant analogique pour devenir un capteur de courant variable.

Ce capteur de courant variable suit le protocole 4-20 mA, ce qui signifie que le capteur émettra 4 mA lorsque les valeurs mesurées sont 0 et 20 mA lorsque la valeur mesurée est maximale. Si la sortie du capteur est inférieure à 4 mA ou supérieure à 20 mA, cela peut être considéré comme une condition de défaut. Le capteur émet le courant via des fils à paires torsadées permettant à la fois l'alimentation et les données de circuler à travers seulement 2 fils. La valeur la plus basse ou «zéro» est de 4 mA. Cela est dû à la situation dans laquelle lorsque la sortie est nulle ou 4 mA, elle peut toujours alimenter l'appareil. De plus, comme le signal est transmis sous forme de courant, il peut être envoyé sur de longues distances sans se soucier de la chute de tension due à la résistance du fil ou à l'immunité au bruit.

Dans les industries, l'étalonnage du capteur est un processus de routine, et pour étalonner le système et également pour dépanner les résultats d'erreur, des tests de boucle de courant sont effectués. Dans les tests de boucle de courant, il utilise un processus de vérification qui vérifie la rupture de la ligne de communication. Il vérifie également le courant de sortie du transmetteur. Dans ce projet, nous allons créer un testeur de boucle de courant de base en utilisant quelques composants qui nous permet d' ajuster manuellement le courant de 4ma à 20mA en tournant un potentiomètre. Ce circuit peut être utilisé comme capteur factice pour émuler des programmes ou pour le débogage.

Exigences relatives aux composants

1. Un transistor PNP (BC557 est utilisé)
2. Un ampli-op (JRC4558 est utilisé)
3. Résistance 300k
4. Résistance 1k
5. Potentiomètre 50k 10 tours.
6. 100pF 16V
7. 0.1uF 16V - 2 pièces
8. Résistance 100R - tolérance 5%
9. Une LED (n'importe quelle couleur)
10. Alimentation 5V
11. Planche à pain
12. Brancher le fil
13. Un multimètre pour mesurer le courant

Jetons un coup d'œil aux composants importants utilisés dans ce projet. Dans l'image ci-dessous, le transistor PNP, broche BC557 est montré.

C'est l'un des transistors PNP à trois broches les plus courants. BC557 est la même paire de NPN BC547. De gauche à droite, les broches sont Emitter, Base et Collector. Les autres transistors équivalents sont BC556, BC327, 2N3906 etc.

L'ampli opérationnel utilisé ici (JRC4558) suit le même schéma de broches que celui utilisé dans d'autres types d'amplis opérationnels. Les broches 1, 2 et 3 sont utilisées pour un seul ampli-op et les broches 5, 6, 7 utilisées pour l'autre canal. N'importe quel canal peut être utilisé pour ce projet. La 8e broche est la source d'alimentation positive et la 4e broche est le GND. L' ampli-op JRC4558D est utilisé pour ce projet, mais d'autres amplis-op fonctionneront également. Tels que comme - TL072, LM258, LM358, etc.

Le 5ème composant de la liste des pièces, le potentiomètre 50k 10 tours, provient du Bourns. Le numéro de pièce est 3590S-2-503L. Cependant, c'est un composant un peu coûteux. Le potentiomètre 10 Turn est le meilleur à cet effet, mais d'autres potentiomètres génériques fonctionnent également très bien. La différence est que la résolution sera moindre avec le potentiomètre générique à cause duquel l'incrémentation ou la décrémentation de la source de courant ne sera pas régulière. Dans ce projet, le potentiomètre Bourns est utilisé. Le brochage du potentiomètre de Bourns est un peu déroutant par rapport aux brochage du potentiomètre standard. Dans l'image ci-dessous, la première broche à partir de la gauche est la broche d'essuie-glace. Il faut être prudent lors de la connexion de ce potentiomètre dans n'importe quelle application.

Schéma

Le schéma de circuit complet du testeur de boucle de courant 4-20 mA est illustré ci-dessous.

Comme vous pouvez le voir, le circuit est assez simple, il se compose d'un ampli opérationnel qui pilote un transistor. Le courant de sortie du transistor est envoyé à une LED, ce courant de sortie peut varier de 0mA à 20mA en faisant varier le potentiomètre et peut être mesuré par un ampèremètre connecté comme indiqué ci-dessus.

L'ampli-op ici est conçu pour fonctionner comme une source de courant avec une rétroaction négative. La tension variable d'entrée est donnée à la broche non inverseuse de l'ampli-op à l'aide d'un potentiomètre. Le courant de sortie maximal (dans ce cas 20 mA) est défini en utilisant la résistance connectée à la broche inverseuse de l'ampli-op. Maintenant, sur la base de la tension fournie à la broche non inverseuse du pot, l'ampli-op polarisera le transistor pour fournir un courant constant à travers la LED. Ce courant constant sera maintenu quelle que soit la valeur de résistance de charge agissant comme une source de courant. Ce type d'amplificateur est appelé amplificateur de transconductance. Le circuit est simple et peut être facilement construit sur une maquette comme indiqué ci-dessous.

Fonctionnement du testeur de boucle de courant 4-20mA

La LED agit ici comme la charge et le circuit de boucle de courant fournit le courant requis à la charge. Le courant de charge est fourni par le BC557 qui est directement contrôlé par l'ampli-op 4558. Sur l'entrée positive de l'amplificateur, une tension de référence est fournie par le potentiomètre. En fonction de la tension de référence, l'ampli-op fournit le courant de polarisation à la base du transistor. La résistance série supplémentaire est ajoutée aux bornes du potentiomètre pour limiter la tension de référence ainsi que la sortie de l'amplificateur, créant ainsi la limite de 0mA à 20mA. La modification de cette valeur de résistance modifie également la limite de sortie de courant minimum à maximum.

Test du circuit

Une fois le circuit construit, alimentez-le à l'aide d'une source régulée 5V. J'ai utilisé l'alimentation de la carte d'expérimentation, similaire à ce que nous avons construit précédemment pour alimenter le circuit comme indiqué ci-dessous.

Remarque: Pour la résistance 300k, deux résistances sont utilisées en série 100k et 200k.

Pour tester le circuit, j'ai utilisé un multimètre en mode Amp et connecté ses sondes à la place de l'ampèremètre indiqué dans le schéma de circuit. Vous pouvez consulter ce guide d'utilisation du multimètre si vous êtes nouveau avec des multimètres. Lorsque je fais varier le potentiomètre, la valeur du courant sur le multimètre peut varier de 4 mA à 20 mA. La vidéo de travail complète se trouve au bas de ce document.

Applications du circuit de testeur de boucle de courant

L'application principale du testeur de boucle de courant 4-20 mA est de tester ou d'étalonner les machines PLC qui reçoivent le protocole 4-20 mA et de fournir des données en fonction de celui-ci. Par conséquent, un mauvais étalonnage a entraîné une valeur d'erreur perçue par l'API. Non seulement l'étalonnage, mais c'est aussi un processus pratique pour vérifier la rupture de la boucle de courant.

L'application de la boucle de courant 4-20mA a une portée énorme dans l'automatisation industrielle et le système de contrôle. Tels que le débit d'eau, la position de la vanne, la production d'huile et les capteurs associés qui sont essentiels pour le processus de production utilisent tous une ligne de communication 4-20 mA. Le débogage et la recherche d'une condition de défaut est un travail crucial dans l'industrie pour économiser du temps et de l'argent. Un testeur de boucle de courant précis 4-20 mA est un outil essentiel pour résoudre les problèmes liés au capteur.

Limitations du testeur de boucle de courant 4-20 mA

Le circuit a certaines limites. L'environnement industriel est très rude que l'environnement en laboratoire. Par conséquent, le circuit doit être constitué de divers circuits de protection tels que la protection contre les courts-circuits et les protections contre les surtensions à travers toutes les entrées et sorties qui conviennent à une utilisation dans des environnements industriels.