In der industriellen Automatisierung sind Sensoren mit Stromausgängen von 4 bis 20 mA weit verbreitet. Der erste dieser Werte entspricht der unteren Grenze des Messwertbereichs, der zweite der oberen. Lassen Sie mich anhand eines abstrakten Beispiels erklären: Ein bestimmter Sensor misst die Anzahl der Katzen im Keller im Bereich von 0 bis 500 Katzen. Null Katzen entsprechen 4 mA, fünfhundert Katzen - 20 mA. Angenommen, jetzt sind 200 Katzen im Keller. Wir berechnen den Strom, den das Gerät in der Leitung ausgeben soll: I = 4 + 200 ((20-4) / 500) = 10,4 mA. Jetzt werden wir zur Seite des Empfangsgeräts weitergeleitet und berechnen die Anzahl der Katzen basierend auf diesem aktuellen Wert: N = (10,4-4) (500 / (20-4)) = 200 Katzen. An die Genauigkeit des Leitungswiderstands und der Last im Empfänger werden keine Anforderungen gestellt: Im Sensor befindet sich ein Stromstabilisator, wodurch die an die Leitung angelegte Spannung automatisch genau so eingestellt wird, wie es erforderlich ist, um einen bestimmten Strom zu erhalten. Natürlich wird es "in Produktion" langweilige Grade oder Megapascal anstelle von Katzen geben. Und wenn der Strom auf Null mA abfällt, wird dies als Zeilenumbruch betrachtet.
Bei der Einstellung des Systems, das einen Sensor und einen Empfänger enthält, muss das Vorhandensein und die Richtigkeit der Reaktion der Sekunde auf eine Stromänderung im gesamten Bereich überprüft werden. Zu diesem Zweck ist anstelle des Sensors ein einstellbarer Stromregler in der Leitung enthalten, dessen Wert von der Position des Griffs des variablen Widerstands abhängt. Eines dieser Hilfsgeräte wurde von Instructables unter dem Namen Lawsonkeith entwickelt. Zusätzliche Funktion hausgemacht ist die Erzeugung einer stabilen Spannung von -10 bis +10 V und von 0 bis +20 V, was beim Einrichten von Schaltkreisen an einem Operationsverstärker nützlich ist.
Mit einer stabilen Spannungsquelle von 5 V und einem variablen Widerstand mit der Charakteristik A ist es einfach, eine Spannung zu erhalten, die gleichmäßig von 0 bis 5 V variiert. Diese Spannung kann an eine spannungsgesteuerte Stromquelle (ITUN) angelegt werden, deren Schaltung unten gezeigt ist. Hier ist R1 der Widerstand, der die Obergrenze der Stromregelung bestimmt (5 V / 250 Ohm = 0,02 A), und RL ist der Gesamtwiderstand von Leitung und Last. Wenn sich der Strom innerhalb bestimmter Grenzen ändert, ändert sich der Strom nicht. Mit der Schaltung können Sie sowohl Notsituationen (Strom von 0 bis 4 mA) als auch reguläre Situationen (Strom von 4 bis 20 mA) simulieren.
Fahren wir mit dem vollständigen Gerätediagramm fort:
Es wird von einer unipolaren Spannungsquelle von 20 bis 24 V gespeist (in der Abbildung nicht dargestellt). Der Assistent wählte einen vorgefertigten Impulsverstärker aus, der von Krona betrieben wird. Auf der Wandlerplatine befindet sich ein Abstimmwiderstand, der auf ca. 22 V eingestellt werden sollte.Es ist zu beachten, dass bei hoher Luftfeuchtigkeit auch diese Spannung eine gewisse Gefahr darstellen kann.
Die Quelle der Referenzspannung (ION) im Gerät ist ein gewöhnlicher Stabilisator 7805. Beim ersten Operationsverstärker des Geräts wird diese Spannung von +5 V unter Umgehung aller Einstellelemente geliefert. Es wird so eingeschaltet, dass sich diese Spannung verdoppelt, weshalb an seinem Ausgang eine stabile Spannung von +10 V relativ zum gemeinsamen Draht auftritt.
Die Modellspannung wird auch an einen variablen Widerstand angelegt, von dessen beweglichem Kontakt, wie oben erwähnt, eine Spannung entfernt werden kann, die sich gleichmäßig von 0 auf +5 V ändert. Sie wird den Eingängen des zweiten und dritten Operationsverstärkers zugeführt. Der erste verstärkt ihn viermal, sodass Sie von 0 bis +20 V relativ zum gemeinsamen Kabel oder von -10 bis +10 V relativ zum Ausgang des ersten Operationsverstärkers erhalten können.
Schließlich wird der dritte Operationsverstärker durch das oben beschriebene Verfahren eingeschaltet, was ihn zu einer stabilen Stromquelle von 0 bis 20 mA macht. Die Schaltkreise des zweiten und dritten Operationsverstärkers sind mit Abstimmwiderständen ausgestattet, die die genaueste Auswahl der Verstärkungsfaktoren ermöglichen.
Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit ist das Gerät mit Schutzdioden und Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten ausgestattet.
Der Körper wird vom Meister als fertig ausgewählt, z. B. Hammond 1593PBK. Aber eine gewöhnliche Anschlussdose ist viel billiger und nicht schlechter in der Stärke. In der Frontplatte bohrt der Master Löcher für die LED und einen variablen Widerstand. Das Loch mit kleinem Durchmesser ist für eine Verriegelung vorgesehen, die das Gehäuse des variablen Widerstands vor dem Drehen schützt.
Über diese Löcher klebt der Meister die Waage und richtet die Kreise darauf mit den gebohrten Löchern aus:
Dann setzt er einen variablen Widerstand, eine LED und einen Netzschalter ein:
Die Frontplatte des Geräts ist fertig:
Der Assistent fügt dem Gerät einen Aufwärtswandler hinzu:
Und es stellt es auf eine Spannung in der Größenordnung von 22 V ein (eine sehr hohe Genauigkeit ist hier nicht erforderlich):
Der Assistent nimmt den LM324-Chip mit bis zu vier Operationsverstärkern (einer davon bleibt im Leerlauf) und baut die Schaltung auf einer Leiterplatte zusammen. Ein Modell ist jedoch auch geeignet:
Macht Sonden:
Platziert die Platine im Gehäuse und verbindet sie mit dem Aufwärtswandler, der LED, dem variablen Widerstand und den Sonden:
Schließlich beginnt der Assistent mit dem Testen des Geräts:
Überprüfung ist notwendig:
- Spannung +5 V zwischen dem Ausgang des Stabilisators 7805 und dem gemeinsamen Draht
- Spannung +10 V zwischen dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers und dem gemeinsamen Kabel
- Spannung, die sich sanft von 0 auf 20 V zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und dem gemeinsamen Kabel ändert
- Spannung, die sich sanft von -10 auf +10 V zwischen den Ausgängen des zweiten und ersten Operationsverstärkers ändert
- Strom, der sich sanft von 0 auf 20 mA ändert, am Ausgang einer Stromquelle, die am dritten Operationsverstärker gesammelt wird.
Bei Verwendung des Designs können Sie zusätzlich die Spannung oder den Strom mit demselben Multimeter steuern. Bei der Messung der vom Gerät erzeugten Spannung wird es in einen Voltmeter-Modus geschaltet und parallel zum Ausgang geschaltet. Bei der Messung des erzeugten Stroms in den Milliamperemeter-Modus wechseln und den Stromkreis in Reihe schalten. Wenn Sie den Strom oder die Spannung reibungslos ändern, beobachten Sie, je nachdem, wofür das Empfangsgerät ausgelegt ist, die Reaktion auf das Geschehen. In diesem Fall ist es unmöglich, die Entstehung gefährlicher Situationen durch vom Empfangsgerät gesteuerte Aktuatoren zu verhindern.