4-20 एमए सर्किट कसे कार्य करते

"करंट लूप" 1950 च्या दशकात डेटा ट्रान्समिशन इंटरफेस म्हणून वापरला गेला. सुरुवातीला, इंटरफेसचा ऑपरेटिंग करंट 60 एमए होता आणि नंतर, 1962 पासून, 20 एमए वर्तमान लूप इंटरफेस टेलिटाइपमध्ये व्यापक झाला.

1980 च्या दशकात, जेव्हा विविध सेन्सर्स, ऑटोमेशन उपकरणे आणि ऍक्च्युएटर्सचा तांत्रिक उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर परिचय होऊ लागला, तेव्हा "करंट सर्किट" इंटरफेसने त्याच्या ऑपरेटिंग प्रवाहांची श्रेणी कमी केली - ते 4 ते 20 एमए पर्यंत बदलू लागले.

RS-485 इंटरफेस मानकाच्या आगमनाने 1983 पासून “करंट लूप” चा पुढील प्रसार कमी होऊ लागला आणि आज नवीन उपकरणांमध्ये “करंट लूप” जवळजवळ कधीही वापरला जात नाही.

वर्तमान लूप ट्रान्समीटर RS-485 ट्रान्समीटरपेक्षा वेगळा असतो कारण तो व्होल्टेज स्त्रोताऐवजी वर्तमान स्त्रोत वापरतो.

विद्युत्, व्होल्टेजच्या विपरीत, सर्किटच्या बाजूने स्त्रोतापासून पुढे जाणे, लोड पॅरामीटर्सवर अवलंबून त्याचे वर्तमान मूल्य बदलत नाही. म्हणून, "वर्तमान लूप" एकतर केबल प्रतिरोध, लोड प्रतिरोध किंवा अगदी प्रेरक आवाज EMF साठी संवेदनशील नाही.

याव्यतिरिक्त, लूप प्रवाह स्वतः वर्तमान स्त्रोताच्या पुरवठा व्होल्टेजवर अवलंबून नाही, परंतु केबलद्वारे गळतीमुळे बदलू शकतो, जे सामान्यतः क्षुल्लक असतात. वर्तमान चक्राचे हे वैशिष्ट्य त्याच्या अंमलबजावणीचे मार्ग पूर्णपणे निर्धारित करते.

हे लक्षात घ्यावे की कॅपेसिटिव्ह पिकअपचा ईएमएफ सध्याच्या स्त्रोताच्या समांतर येथे लागू केला जातो आणि त्याचे परजीवी प्रभाव कमकुवत करण्यासाठी शिल्डिंगचा वापर केला जातो.

या कारणास्तव, सिग्नल ट्रान्समिशन लाइन ही सामान्यत: एक ढाल असलेली वळण असलेली जोडी असते, जी भिन्न रिसीव्हरसह एकत्रितपणे कार्य करते, सामान्य मोड आणि प्रेरक आवाज कमी करते.

सिग्नलच्या प्राप्त बाजूस, कॅलिब्रेटेड रेझिस्टर वापरून लूप करंट व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित केला जातो. आणि 20 एमए च्या प्रवाहावर, मानक मालिका 2.5 V चा एक व्होल्टेज प्राप्त होतो; 5V; 10V; — अनुक्रमे 125, 250 किंवा 500 Ohm च्या रेझिस्टन्ससह रेझिस्टर वापरणे पुरेसे आहे.

"करंट लूप" इंटरफेसचा पहिला आणि मुख्य तोटा म्हणजे त्याचा कमी वेग, ट्रान्समिटिंग बाजूला असलेल्या वर नमूद केलेल्या वर्तमान स्त्रोतापासून ट्रान्समिशन केबलची क्षमता चार्ज करण्याच्या गतीने मर्यादित आहे.

तर, 75 pF/m च्या रेखीय कॅपॅसिटन्ससह 2 किमी लांबीची केबल वापरताना, तिची कॅपॅसिटन्स 150 nF असेल, याचा अर्थ 20 mA च्या विद्युत् प्रवाहात 5 व्होल्टपर्यंत ही कॅपेसिटन्स चार्ज करण्यासाठी 38 μs लागतात, जे संबंधित आहे. 4.5 kbps च्या डेटा ट्रान्सफर रेटवर.

खाली विरूपण (जिटर) च्या वेगवेगळ्या स्तरांवर आणि वेगवेगळ्या व्होल्टेजवर वापरल्या जाणार्‍या केबलच्या लांबीवर «करंट लूप» द्वारे जास्तीत जास्त उपलब्ध डेटा ट्रान्समिशन रेटचे ग्राफिकल अवलंबित्व आहे, मूल्यांकन त्याच प्रकारे केले गेले. आरएस इंटरफेस -485.

«वर्तमान लूप» चा आणखी एक तोटा म्हणजे कनेक्टर्सच्या डिझाइनसाठी आणि केबल्सच्या इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर्ससाठी विशिष्ट मानक नसणे, जे या इंटरफेसच्या व्यावहारिक अनुप्रयोगास देखील मर्यादित करते. निष्पक्षतेने, हे लक्षात घेतले जाऊ शकते की खरं तर, सामान्यतः स्वीकारलेले 0 ते 20 एमए आणि 4 ते 20 एमए पर्यंत असतात. श्रेणी 0 - 60 mA खूप कमी वेळा वापरली जाते.

"वर्तमान लूप" इंटरफेसचा वापर आवश्यक असलेल्या सर्वात आशादायक घडामोडी, बहुतेक भाग आज फक्त 4 ... 20 mA इंटरफेस वापरतात, ज्यामुळे ओळ ब्रेकचे सहज निदान करणे शक्य होते. याव्यतिरिक्त, "वर्तमान लूप " विकसकाच्या आवश्यकतांवर अवलंबून, डिजिटल किंवा अॅनालॉग असू शकते (त्यावर नंतर अधिक).

कोणत्याही प्रकारच्या «करंट लूप» (अॅनालॉग किंवा डिजिटल) चा व्यावहारिकदृष्ट्या कमी डेटा ट्रान्समिशन रेट मालिकेत जोडलेल्या अनेक रिसीव्हर्ससह एकाच वेळी वापरला जाऊ शकतो आणि लांब रेषांची जुळणी आवश्यक नाही.

«वर्तमान चक्र» ची अॅनालॉग आवृत्ती

अॅनालॉग "करंट लूप" ला तंत्रज्ञानामध्ये अनुप्रयोग सापडला आहे जेथे ते आवश्यक आहे, उदाहरणार्थ, सेन्सरपासून कंट्रोलरपर्यंत किंवा कंट्रोलर्स आणि अॅक्ट्युएटर्स दरम्यान सिग्नल प्रसारित करणे. येथे, वर्तमान चक्र अनेक फायदे प्रदान करते.

सर्व प्रथम, मोजलेल्या मूल्याच्या भिन्नतेची श्रेणी, जेव्हा ते मानक श्रेणीमध्ये कमी केले जाते, तेव्हा आपल्याला सिस्टमचे घटक बदलण्याची परवानगी मिळते. लक्षणीय अंतरावर उच्च अचूकतेसह सिग्नल प्रसारित करण्याची क्षमता (+ -0.05% त्रुटीपेक्षा जास्त नाही) देखील उल्लेखनीय आहे. शेवटी, वर्तमान सायकल मानक बहुतेक औद्योगिक ऑटोमेशन विक्रेत्यांकडून समर्थित आहे.

4 … 20 mA वर्तमान लूपमध्ये सिग्नल संदर्भ बिंदू म्हणून किमान प्रवाह 4 mA असतो.अशा प्रकारे, जर केबल तुटली असेल, तर विद्युत प्रवाह शून्य असेल. 0 … 20 mA वर्तमान लूप वापरत असताना, केबल ब्रेकचे निदान करणे अधिक कठीण होईल, कारण 0 mA प्रसारित सिग्नलचे किमान मूल्य दर्शवू शकते. 4 … 20 mA श्रेणीचा आणखी एक फायदा म्हणजे 4 mA च्या स्तरावरही कोणत्याही समस्यांशिवाय सेन्सरला उर्जा देणे शक्य आहे.

खाली दोन एनालॉग वर्तमान आकृत्या आहेत. पहिल्या आवृत्तीमध्ये, वीज पुरवठा ट्रान्समीटरमध्ये तयार केला जातो, तर दुसऱ्या आवृत्तीमध्ये, वीज पुरवठा बाह्य आहे.

बिल्ट-इन पॉवर सप्लाय इन्स्टॉलेशनच्या दृष्टीने सोयीस्कर आहे आणि बाह्य एक आपल्याला वर्तमान लूप वापरत असलेल्या डिव्हाइसच्या उद्देश आणि ऑपरेटिंग परिस्थितीनुसार त्याचे पॅरामीटर्स बदलण्याची परवानगी देतो.

वर्तमान लूपच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत दोन्ही सर्किट्ससाठी समान आहे. तद्वतच, op-amp ला त्याच्या इनपुटमध्ये अमर्यादपणे मोठा अंतर्गत प्रतिकार असतो आणि शून्य प्रवाह असतो, याचा अर्थ असा होतो की त्याच्या इनपुटमध्ये व्होल्टेज देखील सुरुवातीला शून्य असते.

अशा प्रकारे, ट्रान्समीटरमधील रेझिस्टरद्वारे प्रवाह केवळ इनपुट व्होल्टेजच्या मूल्यावर अवलंबून असेल आणि संपूर्ण लूपमधील विद्युत् प्रवाहाच्या समान असेल, तर ते लोड प्रतिरोधनावर अवलंबून नसेल. म्हणून, रिसीव्हर इनपुट व्होल्टेज सहजपणे निर्धारित केले जाऊ शकते.

ऑप-एम्प सर्किटचा फायदा आहे की तुम्हाला रिसीव्हर केबल जोडल्याशिवाय ट्रान्समीटर कॅलिब्रेट करण्याची परवानगी मिळते, कारण रिसीव्हर आणि केबलद्वारे सादर केलेली त्रुटी खूपच लहान आहे.

आउटपुट व्होल्टेज ट्रान्समिशन ट्रान्झिस्टरच्या सक्रिय मोडमध्ये त्याच्या सामान्य ऑपरेशनसाठी, तसेच तारांवरील व्होल्टेज ड्रॉपची भरपाई करण्याच्या अटी, ट्रान्झिस्टर स्वतः आणि प्रतिरोधकांच्या गरजेनुसार निवडले जाते.

रोधक 500 ohms आहेत आणि केबल 100 ohms आहे. त्यानंतर, 20 mA चा विद्युतप्रवाह प्राप्त करण्यासाठी, 22 V चा व्होल्टेज स्त्रोत आवश्यक आहे. सर्वात जवळचा मानक व्होल्टेज निवडला आहे — 24 V. व्होल्टेज मर्यादेतील अतिरिक्त शक्ती ट्रान्झिस्टरवर फक्त विसर्जित केली जाईल.

लक्षात घ्या की दोन्ही तक्ते दाखवतात गॅल्व्हनिक अलगाव ट्रान्समीटर स्टेज आणि ट्रान्समीटरचे इनपुट दरम्यान. ट्रान्समीटर आणि रिसीव्हरमधील कोणतेही खोटे कनेक्शन टाळण्यासाठी हे केले जाते.

एनालॉग करंट लूप तयार करण्यासाठी ट्रान्समीटरचे उदाहरण म्हणून, 4 ... 20 एमए किंवा 0 ... 20 एमए वर्तमान चक्र « प्रोटोकॉल.

मॉड्यूल संगणकाशी RS-485 प्रोटोकॉलद्वारे संप्रेषण करते. रूपांतरण त्रुटींची भरपाई करण्यासाठी डिव्हाइस वर्तमान कॅलिब्रेट केलेले आहे आणि संगणकाद्वारे पुरवलेल्या आदेशांची अंमलबजावणी करते. कॅलिब्रेशन गुणांक डिव्हाइस मेमरीमध्ये संग्रहित केले जातात. DAC वापरून डिजिटल डेटा अॅनालॉगमध्ये रूपांतरित केला जातो.

"वर्तमान चक्र" ची डिजिटल आवृत्ती

डिजिटल वर्तमान लूप, नियमानुसार, 0 ... 20 एमए मोडमध्ये कार्य करते, कारण या फॉर्ममध्ये डिजिटल सिग्नलचे पुनरुत्पादन करणे सोपे आहे. लॉजिक लेव्हल्सची अचूकता येथे तितकीशी महत्त्वाची नाही, म्हणून लूप चालू स्त्रोतामध्ये फार उच्च अंतर्गत प्रतिकार आणि तुलनेने कमी अचूकता असू शकते.

वरील आकृतीमध्ये, 24 V च्या पुरवठा व्होल्टेजसह, रिसीव्हरच्या इनपुटवर 0.8 V सोडला जातो, याचा अर्थ 1.2 kΩ च्या रेझिस्टरसह, वर्तमान 20 mA असेल. केबलमधील व्होल्टेज ड्रॉप, जरी त्याचा प्रतिकार एकूण लूप प्रतिकाराच्या 10% असला तरीही, ऑप्टोक्युलरमध्ये व्होल्टेज ड्रॉप प्रमाणे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.सराव मध्ये, या परिस्थितीत, ट्रान्समीटरला वर्तमान स्त्रोत मानले जाऊ शकते.