W automatyce przemysłowej szeroko stosowane są czujniki o wyjściach prądowych od 4 do 20 mA. Pierwsza z tych wartości odpowiada dolnej granicy zakresu wartości mierzonej, druga do górnej. Pozwól mi wyjaśnić za pomocą abstrakcyjnego przykładu: pewien czujnik mierzy liczbę kotów w piwnicy w zakresie od 0 do 500 kotów. Zero kotów odpowiada 4 mA, pięćset kotów - 20 mA. Załóżmy teraz, że w piwnicy jest 200 kotów. Obliczamy prąd, który urządzenie powinno emitować w linii: I = 4 + 200 ((20-4) / 500) = 10,4 mA. Teraz przejdziemy na bok urządzenia odbierającego i obliczymy liczbę kotów na podstawie tej bieżącej wartości: N = (10,4-4) (500 / (20-4)) = 200 kotów. Dokładność rezystancji linii i obciążenia odbiornika nie jest nałożona: w czujniku znajduje się stabilizator prądu, dzięki któremu napięcie przykładane do linii zostanie automatycznie ustawione dokładnie tak, jak jest to wymagane do uzyskania danego prądu. Oczywiście „w produkcji” zamiast kotów będą nudne stopnie lub megapaskale. A jeśli prąd spadnie do zera mA, będzie to uważane za przerwanie linii.
Podczas regulacji systemu, który obejmuje czujnik i odbiornik, konieczne jest sprawdzenie obecności i poprawności reakcji drugiego na zmianę prądu w całym zakresie. Aby to zrobić, zamiast czujnika w linii znajduje się regulowany regulator prądu, którego wartość zależy od położenia uchwytu rezystora zmiennego. Jedno z tych asystentów zostało opracowane przez Instructables pod nazwą lawsonkeith. Dodatkowa funkcja domowej roboty to generowanie stabilnego napięcia od -10 do +10 V i od 0 do +20 V, co jest przydatne przy konfigurowaniu obwodów wzmacniacza operacyjnego.
Mając stabilne źródło napięcia 5 V i rezystor zmienny o charakterystyce A, łatwo jest uzyskać napięcie, które zmienia się płynnie w zakresie od 0 do 5 V. Napięcie to można przyłożyć do źródła prądu sterowanego napięciem (ITUN), którego obwód pokazano poniżej. Tutaj R1 jest rezystorem, który określa górną granicę regulacji prądu (5 V / 250 Ω = 0,02 A), a RL jest całkowitą rezystancją linii i obciążenia, gdy prąd nie zmienia się w określonych granicach. Obwód pozwala symulować zarówno sytuacje awaryjne (prąd od 0 do 4 mA), jak i normalne (prąd od 4 do 20 mA).
Przejdźmy do pełnego schematu urządzenia:
Jest zasilany przez jednobiegunowe źródło napięcia od 20 do 24 V (nie pokazano na schemacie). Czarodziej wybrał gotowy konwerter impulsów zasilanych przez Krona. Na płytce przetwornika znajduje się rezystor dostrajający, który należy ustawić na około 22 V.Należy pamiętać, że przy wysokiej wilgotności nawet to napięcie może stanowić pewne niebezpieczeństwo.
Źródłem napięcia odniesienia (ION) w urządzeniu jest zwykły stabilizator 7805. Przy pierwszym wzmacniaczu operacyjnym urządzenia napięcie to, równe +5 V, jest dostarczane z pominięciem jakichkolwiek elementów regulacyjnych. Jest on włączany w taki sposób, aby podwoić to napięcie, dlatego na jego wyjściu pojawia się stabilne napięcie +10 V względem wspólnego przewodu.
Również napięcie modelowe jest przykładane do rezystora zmiennego, z którego ruchomego styku, jak wspomniano powyżej, można usunąć napięcie, które płynnie zmienia się od 0 do +5 V. Jest ono podawane na wejścia drugiego i trzeciego wzmacniacza operacyjnego. Pierwszy wzmacnia go czterokrotnie, co pozwala uzyskać od 0 do +20 V względem wspólnego przewodu lub od -10 do +10 V względem wyjścia pierwszego wzmacniacza operacyjnego.
Wreszcie trzeci wzmacniacz operacyjny włącza się metodą opisaną powyżej, co czyni go źródłem stabilnego prądu od 0 do 20 mA. Obwody drugiego i trzeciego wzmacniacza operacyjnego są wyposażone w rezystory dostrajające, które umożliwiają najdokładniejszy wybór współczynników wzmocnienia.
Aby zwiększyć niezawodność, urządzenie jest wyposażone w diody ochronne i termistory o dodatnim współczynniku temperaturowym.
Ciało jest wybierane przez mistrza jako gotowe, takie jak Hammond 1593PBK. Ale zwykła skrzynka przyłączeniowa jest znacznie tańsza i nie ma gorszej wytrzymałości. Na przednim panelu master wykonuje otwory na diodę LED i rezystor zmienny. Otwór o małej średnicy jest przeznaczony do zatrzasku, który chroni obudowę rezystora zmiennego przed obracaniem się.
Na tych otworach mistrz przykleja skalę, wyrównując na niej koła z wywierconymi otworami:
Następnie zakłada rezystor zmienny, diodę LED i włącznik zasilania:
Panel przedni urządzenia jest gotowy:
Kreator dodaje do urządzenia konwerter doładowań:
I dostosowuje go do napięcia rzędu 22 V (tutaj nie jest wymagana bardzo wysoka dokładność):
Biorąc układ LM324 zawierający aż cztery wzmacniacze operacyjne (jeden z nich pozostanie bezczynny), kreator montuje obwód na płytce drukowanej, ale odpowiednia jest również makieta:
Sprawia, że sondy:
Umieszcza płytkę w obudowie i łączy ją z przetwornikiem podwyższającym napięcie, diodą LED, rezystorem zmiennym i sondami:
Wreszcie kreator rozpoczyna testowanie urządzenia:
Kontrola jest konieczna:
- napięcie +5 V między wyjściem stabilizatora 7805 a wspólnym drutem
- napięcie +10 V między wyjściem pierwszego wzmacniacza operacyjnego a wspólnym przewodem
- napięcie, płynnie zmieniające się od 0 do 20 V, między mocą wyjściową drugiego wzmacniacza operacyjnego a wspólnym przewodem
- napięcie, płynnie zmieniające się od -10 do +10 V, między wyjściami drugiego i pierwszego wzmacniacza operacyjnego
- prąd płynnie zmieniający się od 0 do 20 mA na wyjściu źródła prądu zebranego na trzecim wzmacniaczu operacyjnym.
Korzystając z tego projektu, możesz dodatkowo kontrolować napięcie lub prąd za pomocą tego samego multimetru. Podczas pomiaru napięcia generowanego przez urządzenie jest przełączane w tryb woltomierza i podłączane równolegle do wyjścia. Podczas pomiaru generowanego prądu - przełącz na tryb miliamperomierza i włącz obwód szeregowo. Płynnie zmieniając prąd lub napięcie, w zależności od przeznaczenia urządzenia odbiorczego, obserwuj jego reakcję na to, co się dzieje. W takim przypadku niemożliwe jest zapobieganie tworzeniu niebezpiecznych sytuacji przez siłowniki sterowane przez urządzenie odbiorcze.