Στον βιομηχανικό αυτοματισμό, χρησιμοποιούνται ευρέως αισθητήρες με εξόδους ρεύματος από 4 έως 20 mA. Η πρώτη από αυτές τις τιμές αντιστοιχεί στο κατώτερο όριο του εύρους της μετρούμενης τιμής, το δεύτερο στο ανώτερο. Επιτρέψτε μου να εξηγήσω με ένα αφηρημένο παράδειγμα: ένας συγκεκριμένος αισθητήρας μετρά τον αριθμό των γατών στο υπόγειο στην περιοχή από 0 έως 500 γάτες. Οι μηδέν γάτες αντιστοιχούν σε 4 mA, πεντακόσια γάτες - 20 mA. Ας υποθέσουμε τώρα ότι υπάρχουν 200 γάτες στο υπόγειο. Υπολογίζουμε το ρεύμα που πρέπει να εκπέμπει η συσκευή στη γραμμή: I = 4 + 200 ((20-4) / 500) = 10,4 mA. Τώρα θα μεταφερθούμε στην πλευρά της συσκευής λήψης και θα υπολογίσουμε τον αριθμό των γατών με βάση αυτή την τρέχουσα τιμή: N = (10.4-4) (500 / (20-4)) = 200 γάτες. Δεν επιβάλλονται απαιτήσεις στην ακρίβεια της αντίστασης γραμμής και του φορτίου στον δέκτη: στον αισθητήρα βρίσκεται ένας σταθεροποιητής ρεύματος, λόγω του οποίου η τάση που εφαρμόζεται στη γραμμή θα ρυθμιστεί αυτόματα ακριβώς όπως απαιτείται για την επίτευξη ενός δεδομένου ρεύματος. Φυσικά, "στην παραγωγή" θα υπάρχουν βαρετοί βαθμοί ή megapascals αντί για γάτες. Και αν το ρεύμα πέσει στο μηδέν mA, αυτό θα θεωρηθεί ένα σπάσιμο γραμμής.
Κατά τη ρύθμιση του συστήματος, το οποίο περιλαμβάνει αισθητήρα και δέκτη, είναι απαραίτητο να επαληθεύεται η παρουσία και η ορθότητα της αντίδρασης του δεύτερου σε μια αλλαγή ρεύματος σε ολόκληρο το φάσμα. Για να γίνει αυτό, αντί για τον αισθητήρα, συμπεριλαμβάνεται ένας ρυθμιστής ρεύματος στη γραμμή, η τιμή του οποίου εξαρτάται από τη θέση της λαβής της μεταβλητής αντιστάσεως. Μια από αυτές τις βοηθητικές συσκευές αναπτύχθηκε από την Instructables με το όνομα lawsonkeith. Πρόσθετη λειτουργία σπιτικό είναι η δημιουργία μιας σταθερής τάσης από -10 έως +10 V και από 0 έως +20 V, η οποία είναι χρήσιμη κατά τη ρύθμιση κυκλωμάτων σε op-amp.
Έχοντας μια σταθερή πηγή τάσης 5 V και έναν μεταβλητό αντιστάτη με χαρακτηριστικό Α, είναι εύκολο να αποκτήσετε μια τάση η οποία κυμαίνεται ομαλά από 0 έως 5 V. Αυτή η τάση μπορεί να εφαρμοστεί σε μια ελεγχόμενη από τάση πηγή ρεύματος (ITUN), το κύκλωμα της οποίας φαίνεται παρακάτω. Εδώ R1 είναι η αντίσταση που καθορίζει το ανώτερο όριο της τρέχουσας ρύθμισης (5 V / 250 Ohms = 0.02 A), και RL είναι η συνολική αντίσταση της γραμμής και του φορτίου, όταν το ρεύμα δεν αλλάζει εντός ορισμένων ορίων. Το κύκλωμα σάς επιτρέπει να προσομοιώνετε τόσο τις καταστάσεις έκτακτης ανάγκης (ρεύμα από 0 έως 4 mA) όσο και τις κανονικές (τρέχουσες από 4 έως 20 mA) καταστάσεις.
Ας προχωρήσουμε στο πλήρες διάγραμμα συσκευών:
Τροφοδοτείται από μια μονοπολική πηγή τάσης από 20 έως 24 V (δεν φαίνεται στο διάγραμμα). Ο οδηγός επέλεξε έναν έτοιμο μετατροπέα ώθησης παλμού που τροφοδοτείται από το Krona. Υπάρχει μια αντίσταση συντονισμού στην πλακέτα του μετατροπέα, η οποία πρέπει να ρυθμιστεί στα περίπου 22 V.Θα πρέπει να έχετε κατά νου ότι με υψηλή υγρασία, ακόμα και αυτή η τάση μπορεί να δημιουργήσει κάποιο κίνδυνο.
Η πηγή της τάσης αναφοράς (ION) στη συσκευή είναι ένας συνήθης σταθεροποιητής 7805. Στον πρώτο op-ενισχυτή της συσκευής, αυτή η τάση, ίση με +5 V, παρέχεται παρακάμπτοντας οποιαδήποτε στοιχεία ρύθμισης. Ενεργοποιείται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να διπλασιάζεται αυτή η τάση, για το λόγο αυτό εμφανίζεται σταθερή τάση +10 V σε σχέση με το κοινό καλώδιο στην έξοδο της.
Επίσης, η τάση του μοντέλου εφαρμόζεται σε μεταβλητή αντίσταση, από την κινητή επαφή της οποίας, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, είναι δυνατή η αφαίρεση τάσης που αλλάζει ομαλά από 0 σε +5 V. Παρέχεται στις εισόδους του δεύτερου και τρίτου op-amp. Το πρώτο το ενισχύει τέσσερις φορές, επιτρέποντάς σας να φτάσετε από 0 έως +20 V σε σχέση με το κοινό σύρμα ή από -10 έως +10 V σε σχέση με την έξοδο του πρώτου op-amp.
Τέλος, ο τρίτος op-amp είναι ενεργοποιημένος με τη μέθοδο που περιγράφηκε παραπάνω, γεγονός που την καθιστά πηγή σταθερού ρεύματος από 0 έως 20 mA. Τα κυκλώματα του δεύτερου και του τρίτου op-amp είναι εξοπλισμένα με αντιστάσεις συντονισμού, οι οποίες επιτρέπουν την πιο ακριβή επιλογή παραγόντων κέρδους.
Για την αύξηση της αξιοπιστίας, η συσκευή είναι εξοπλισμένη με προστατευτικές δίοδοι και θερμοστάτες με θετικό συντελεστή θερμοκρασίας.
Το σώμα επιλέγεται από τον πλοίαρχο ως τελικό, όπως το Hammond 1593PBK. Αλλά ένα συνηθισμένο κιβώτιο διασταύρωσης είναι πολύ φθηνότερο και όχι χειρότερο στη δύναμη. Στο μπροστινό πίνακα, ο κύριος κάνει οπές για το LED και μια μεταβλητή αντίσταση. Η τρύπα μικρής διαμέτρου προορίζεται για ένα μάνδαλο που προστατεύει το περίβλημα της μεταβλητής αντίστασης από τη στροφή.
Στην κορυφή αυτών των οπών, ο πλοίαρχος κολλάει την κλίμακα, ευθυγραμμίζοντας τους κύκλους πάνω του με τις τρυπημένες οπές:
Στη συνέχεια, θέτει σε λειτουργία μια μεταβλητή αντίσταση, LED και διακόπτη τροφοδοσίας:
Ο μπροστινός πίνακας της συσκευής είναι έτοιμος:
Ο οδηγός προσθέτει έναν μετατροπέα ώθησης στη συσκευή:
Και το ρυθμίζει σε τάση της τάξης των 22 V (εδώ δεν απαιτείται πολύ υψηλή ακρίβεια):
Λαμβάνοντας το τσιπ LM324 που περιέχει έως και τέσσερα op-amp (το ένα από αυτά θα παραμείνει αδρανές), ο οδηγός συναρμολογεί το κύκλωμα σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, αλλά είναι επίσης κατάλληλη μια μακέτα:
Κάνει ανιχνευτές:
Τοποθετεί το χαρτόνι στην θήκη και το συνδέει με τον μετατροπέα ώθησης, το LED, τη μεταβλητή αντίσταση και τους ανιχνευτές:
Τέλος, ο οδηγός αρχίζει να ελέγχει τη συσκευή:
Ο έλεγχος είναι απαραίτητος:
- τάση +5 V μεταξύ της εξόδου του σταθεροποιητή 7805 και του κοινού καλωδίου
- τάση +10 V μεταξύ της εξόδου του πρώτου op-ενισχυτή και του κοινού καλωδίου
- τάση, αλλάζοντας ομαλά από 0 σε 20 V, μεταξύ της εξόδου του δεύτερου ενισχυτή και του κοινού καλωδίου
- τάση, αλλάζοντας ομαλά από -10 σε +10 V, μεταξύ των εξόδων του δεύτερου και του πρώτου op-amp
- ρεύμα, αλλάζοντας ομαλά από 0 σε 20 mA, στην έξοδο μιας πηγής ρεύματος που συλλέγεται στον τρίτο op-ενισχυτή.
Όταν χρησιμοποιείτε το σχέδιο, μπορείτε να ελέγξετε επιπλέον την τάση ή το ρεύμα με το ίδιο πολυμέτρημα. Κατά τη μέτρηση της τάσης που παράγεται από τη συσκευή, μετατρέπεται σε λειτουργία βολτόμετρου και συνδέεται παράλληλα με την έξοδο. Κατά τη μέτρηση του παραγόμενου ρεύματος - μεταβείτε στη λειτουργία χιλιομέτρων και ενεργοποιήστε το κύκλωμα σε σειρά. Η ομαλή αλλαγή του ρεύματος ή της τάσης, ανάλογα με το τι έχει σχεδιαστεί η συσκευή λήψης, παρατηρεί την αντίδρασή της σε αυτό που συμβαίνει. Στην περίπτωση αυτή, είναι αδύνατο να αποφευχθεί η δημιουργία επικίνδυνων καταστάσεων από ενεργοποιητές που ελέγχονται από τη συσκευή λήψης.