V priemyselnej automatizácii sa často používajú senzory s prúdovými výstupmi od 4 do 20 mA. Prvá z týchto hodnôt zodpovedá dolnej hranici rozsahu nameranej hodnoty, druhá hornej. Dovoľte mi vysvetliť abstraktným príkladom: určitý senzor meria počet mačiek v suteréne v rozsahu od 0 do 500 mačiek. Nulové mačky zodpovedajú 4 mA, päťsto mačiek - 20 mA. Predpokladajme, že v suteréne je teraz 200 mačiek. Vypočítame prúd, ktorý by zariadenie malo vydávať v riadku: I = 4 + 200 ((20-4) / 500) = 10,4 mA. Teraz sa presunieme na stranu prijímacieho zariadenia a vypočítame počet mačiek na tejto aktuálnej hodnote: N = (10,4-4) (500 / (20-4)) = 200 mačiek. Na presnosť odporu vedenia a záťaže v prijímači nie sú kladené žiadne požiadavky: v senzore je umiestnený stabilizátor prúdu, vďaka ktorému sa napätie privádzané do vedenia automaticky nastaví presne tak, ako sa vyžaduje na získanie daného prúdu. Samozrejme, „vo výrobe“ budú namiesto mačiek nudné stupne alebo megapascaly. A ak prúd klesne na nulu mA, bude to považované za prerušenie linky.
Pri nastavovaní systému, ktorý obsahuje snímač a prijímač, je potrebné overiť prítomnosť a správnosť reakcie druhej na zmenu prúdu v celom rozsahu. Aby sa to dosiahlo, namiesto senzora je do vedenia zahrnutý nastaviteľný regulátor prúdu, ktorého hodnota závisí od polohy rukoväte variabilného odporu. Jedno z týchto pomocných zariadení bolo vyvinuté spoločnosťou Instructables pod názvom lawonkeith. Doplnková funkcia domáci je vytvorenie stabilného napätia od -10 do +10 V a od 0 do +20 V, čo je užitočné pri nastavovaní obvodov na op-amp.
So stabilným zdrojom napätia 5 V a variabilným odporom s charakteristikou A je ľahké získať napätie, ktoré sa plynulo mení od 0 do 5 V. Toto napätie sa môže privádzať na zdroj prúdu regulovaný napätím (ITUN), ktorého obvod je uvedený nižšie. R1 je tu odpor, ktorý určuje hornú hranicu regulácie prúdu (5 V / 250 Ohmov = 0,02 A) a RL je celkový odpor vedenia a záťaže, keď sa prúd nemení v rámci určitých limitov. Obvod umožňuje simulovať núdzové (prúd od 0 do 4 mA) aj bežné (prúd od 4 do 20 mA).
Poďme na kompletnú schému zariadenia:
Je napájaný unipolárnym zdrojom napätia od 20 do 24 V (na obrázku nie je zobrazené). Čarodejník si vybral hotový konvertor impulzov podporovaný technológiou Krona. Na doske prevodníka je ladiaci rezistor, ktorý by mal byť nastavený na asi 22 V.Malo by sa pamätať na to, že aj pri vysokej vlhkosti vzduchu môže toto napätie predstavovať určité nebezpečenstvo.
Zdrojom referenčného napätia (ION) v zariadení je obyčajný stabilizátor 7805. Na prvom operačnom zosilňovači tohto zariadenia je toto napätie, ktoré sa rovná +5 V, privádzané obchádzaním akýchkoľvek nastavovacích prvkov. Zapína sa tak, aby sa toto napätie zdvojnásobilo, a preto sa na jeho výstupe objaví stabilné napätie +10 V vzhľadom na bežný vodič.
Príkladné napätie je tiež aplikované na variabilný odpor, z ktorého pohyblivého kontaktu, ako je uvedené vyššie, je možné odstrániť napätie, ktoré sa plynulo mení z 0 na +5 V. Je dodávané na vstupy druhého a tretieho operačného zosilňovača. Prvý zosilňuje štyrikrát, čo vám umožňuje dostať sa od 0 do +20 V vzhľadom na bežný vodič alebo od -10 do +10 V vzhľadom na výstup prvého operačného zosilňovača.
Nakoniec sa tretí op-amp zapne vyššie opísaným spôsobom, ktorý z neho robí zdroj stabilného prúdu od 0 do 20 mA. Obvody druhého a tretieho operačného zosilňovača sú vybavené ladiacimi odpormi, ktoré umožňujú najpresnejší výber zosilňovacích faktorov.
Z dôvodu zvýšenia spoľahlivosti je prístroj vybavený ochrannými diódami a termistormi s pozitívnym teplotným koeficientom.
Telo je vybrané kapitánom ako hotové, ako je Hammond 1593PBK. Bežná spojovacia skrinka je však oveľa lacnejšia a nie horšia. Na prednom paneli Master vytvára otvory pre LED a variabilný odpor. Otvor s malým priemerom je určený pre západku, ktorá chráni kryt premenlivého odporu pred otáčaním.
Na vrchole týchto otvorov Master nalepí mierku tak, že na nej zarovnajú kruhy s vyvŕtanými otvormi:
Potom zavedie variabilný odpor, LED a vypínač:
Predný panel zariadenia je pripravený:
Sprievodca pridá do zariadenia zosilňovač:
A prispôsobuje ho napätiu rádovo 22 V (tu sa nevyžaduje veľmi vysoká presnosť):
Keď vezme mikroobvod LM324 obsahujúci až štyri operačné zosilňovače (jeden z nich zostane nečinný), hlavný zostaví obvod na doske s plošnými spojmi, ale je tiež vhodná maketa:
Robí sondy:
Doska umiestni do puzdra a pripojí ju k zosilňovaču, LED, premennému odporu a sondám:
Nakoniec sprievodca začne testovať zariadenie:
Kontrola je nevyhnutná:
- napätie +5 V medzi výstupom stabilizátora 7805 a spoločným vodičom
- napätie +10 V medzi výstupom prvého operačného zosilňovača a spoločného vodiča
- napätie, plynulo sa meniace z 0 na 20 V, medzi výstupom druhého operačného zosilňovača a spoločného vodiča
- napätie, plynulo sa meniace z -10 na +10 V, medzi výstupmi druhého a prvého operačného zosilňovača
- prúd, plynulo sa meniaci z 0 na 20 mA, na výstupe zdroja prúdu zhromaždeného v treťom op-amp.
Pri použití dizajnu môžete dodatočne ovládať napätie alebo prúd pomocou toho istého multimetra. Pri meraní napätia generovaného zariadením sa prepne do voltmeterového režimu a paralelne sa pripojí k výstupu. Pri meraní generovaného prúdu prepnite do režimu miliametra a zapojte obvod do série. Hladké zmeny prúdu alebo napätia v závislosti od toho, na čo je prijímacie zariadenie určené, sledujte jeho reakciu na to, čo sa deje. V tomto prípade nie je možné zabrániť vzniku nebezpečných situácií pomocou ovládačov ovládaných prijímacím zariadením.