En la automatización industrial, los sensores con salidas de corriente de 4 a 20 mA son ampliamente utilizados. El primero de estos valores corresponde al límite inferior del rango del valor medido, el segundo al superior. Permítanme explicar con un ejemplo abstracto: cierto sensor mide el número de gatos en el sótano en el rango de 0 a 500 gatos. Cero gatos corresponden a 4 mA, quinientos gatos - 20 mA. Supongamos que ahora hay 200 gatos en el sótano. Calculamos la corriente que el dispositivo debe emitir en la línea: I = 4 + 200 ((20-4) / 500) = 10.4 mA. Ahora nos transferiremos al lado del dispositivo receptor y calcularemos el número de gatos en función de este valor actual: N = (10.4-4) (500 / (20-4)) = 200 gatos. No se imponen requisitos sobre la precisión de la resistencia de la línea y la carga en el receptor: se encuentra un estabilizador de corriente en el sensor, por lo que el voltaje aplicado a la línea se establecerá automáticamente exactamente como se requiere para obtener una corriente dada. Por supuesto, "en producción" habrá grados aburridos o megapascales en lugar de gatos. Y si la corriente cae a cero mA, esto se considerará un salto de línea.
Al ajustar el sistema, que incluye un sensor y un receptor, es necesario verificar la presencia y la corrección de la segunda respuesta a un cambio de corriente en todo el rango. Para hacer esto, en lugar del sensor, se incluye un regulador de corriente ajustable en la línea, cuyo valor depende de la posición del mango de la resistencia variable. Uno de estos dispositivos asistentes fue desarrollado por Instructables con el nombre de lawsonkeith. Función adicional hecho en casa es la generación de un voltaje estable de -10 a +10 V y de 0 a +20 V, que es útil cuando se configuran circuitos en un amplificador operacional.
Con una fuente de voltaje estable de 5 V y una resistencia variable con la característica A, es fácil obtener un voltaje que varía suavemente de 0 a 5 V. Este voltaje se puede aplicar a una fuente de corriente controlada por voltaje (ITUN), cuyo circuito se muestra a continuación. Aquí R1 es la resistencia que determina el límite superior de la regulación de corriente (5 V / 250 Ohms = 0.02 A), y RL es la resistencia total de la línea y la carga, cuando la corriente no cambia dentro de ciertos límites. El circuito le permite simular situaciones de emergencia (corriente de 0 a 4 mA) y regular (corriente de 4 a 20 mA).
Pasemos al diagrama completo del dispositivo:
Está alimentado por una fuente de voltaje unipolar de 20 a 24 V (no se muestra en el diagrama). El asistente seleccionó un convertidor de impulso de pulso ya preparado con tecnología de Krona. Hay una resistencia de sintonización en la placa del convertidor, que debe establecerse en aproximadamente 22 V.Debe tenerse en cuenta que con alta humedad, incluso este voltaje puede presentar un cierto peligro.
La fuente del voltaje de referencia (ION) en el dispositivo es un estabilizador ordinario 7805. En el primer amplificador operacional del dispositivo, este voltaje, igual a +5 V, se suministra sin pasar por ningún elemento de ajuste. Se enciende de manera que duplique este voltaje, razón por la cual aparece un voltaje estable de +10 V en relación con el cable común en su salida.
Además, el voltaje del modelo se aplica a una resistencia variable, desde cuyo contacto móvil, como se mencionó anteriormente, es posible eliminar un voltaje que cambia suavemente de 0 a +5 V. Se suministra a las entradas del segundo y tercer amplificador operacional. El primero lo amplifica cuatro veces, lo que le permite obtener de 0 a +20 V en relación con el cable común, o de -10 a +10 V en relación con la salida del primer amplificador operacional.
Finalmente, el tercer amplificador operacional se enciende mediante el método descrito anteriormente, lo que lo convierte en una fuente de corriente estable de 0 a 20 mA. Los circuitos en el segundo y tercer amplificadores operacionales están equipados con resistencias de sintonización, que permiten la selección más precisa de factores de ganancia.
Para aumentar la confiabilidad, el dispositivo está equipado con diodos protectores y termistores con un coeficiente de temperatura positivo.
El cuerpo es seleccionado por el maestro como terminado, como Hammond 1593PBK. Pero una caja de conexiones común es mucho más barata y no tiene peor resistencia. En el panel frontal, el maestro hace agujeros para el LED y una resistencia variable. El orificio de diámetro pequeño está destinado a un pestillo que protege la carcasa de la resistencia variable contra el giro.
Encima de estos agujeros, el maestro pega la escala, alineando los círculos con los agujeros perforados:
Luego coloca una resistencia variable, un LED y un interruptor de encendido:
El panel frontal del dispositivo está listo:
El asistente agrega un convertidor de impulso al dispositivo:
Y lo ajusta a un voltaje del orden de 22 V (aquí no se requiere una precisión muy alta):
Tomando el chip LM324 que contiene hasta cuatro amplificadores operacionales (uno de ellos permanecerá inactivo), el asistente ensambla el circuito en una placa de circuito impreso, pero una maqueta también es adecuada:
Hace sondas:
Coloca la placa en la caja y la conecta al convertidor de refuerzo, LED, resistencia variable y sondas:
Finalmente, el asistente comienza a probar el dispositivo:
La verificación es necesaria:
- voltaje +5 V entre la salida del estabilizador 7805 y el cable común
- voltaje +10 V entre la salida del primer amplificador operacional y el cable común
- voltaje, que cambia suavemente de 0 a 20 V, entre la salida del segundo amplificador operacional y el cable común
- voltaje, que cambia suavemente de -10 a +10 V, entre las salidas del segundo y primer amplificador operacional
- corriente, que cambia suavemente de 0 a 20 mA, a la salida de una fuente de corriente recogida en el tercer amplificador operacional.
Al usar el diseño, también puede controlar el voltaje o la corriente con el mismo multímetro. Al medir el voltaje generado por el dispositivo, se cambia a un modo de voltímetro y se conecta en paralelo a la salida. Al medir la corriente generada, cambie al modo miliamperímetro y encienda el circuito en serie. Cambiando suavemente la corriente o el voltaje, dependiendo de para qué está diseñado el dispositivo receptor, observe su reacción a lo que está sucediendo. En este caso, es imposible evitar la creación de situaciones peligrosas por actuadores controlados por el dispositivo receptor.