Na automação industrial, sensores com saídas de corrente de 4 a 20 mA são amplamente utilizados. O primeiro desses valores corresponde ao limite inferior da faixa do valor medido, o segundo ao superior. Deixe-me explicar com um exemplo abstrato: um determinado sensor mede o número de gatos no porão no intervalo de 0 a 500 gatos. Zero gatos correspondem a 4 mA, quinhentos gatos - 20 mA. Suponha que agora haja 200 gatos no porão. Calculamos a corrente que o dispositivo deve emitir na linha: I = 4 + 200 ((20-4) / 500) = 10,4 mA. Agora seremos transferidos para o lado do dispositivo receptor e calcularemos o número de gatos nesse valor atual: N = (10,4-4) (500 / (20-4)) = 200 gatos. Nenhum requisito é imposto à precisão da resistência e carga da linha no receptor: um estabilizador de corrente está localizado no sensor, devido ao qual a tensão aplicada à linha será automaticamente definida exatamente como é necessário para obter uma determinada corrente. Obviamente, "em produção" haverá graus chatos ou megapascais em vez de gatos. E se a corrente cair para zero mA, isso será considerado uma quebra de linha.
Ao ajustar o sistema, que inclui um sensor e um receptor, é necessário verificar a presença e a correção da reação do segundo a uma mudança de corrente em toda a faixa. Para fazer isso, em vez do sensor, um regulador de corrente ajustável é incluído na linha, cujo valor depende da posição da alça do resistor variável. Um desses dispositivos assistentes foi desenvolvido pela Instructables sob o nome lawsonkeith. Função adicional caseiro é a geração de uma tensão estável de -10 a +10 V e de 0 a +20 V, que é útil ao configurar circuitos em um amplificador operacional.
Tendo uma fonte de tensão estável de 5 V e um resistor variável com a característica A, é fácil obter uma tensão que varia suavemente de 0 a 5 V. Essa tensão pode ser aplicada a uma fonte de corrente controlada por tensão (IITS), cujo circuito é mostrado abaixo. Aqui R1 é o resistor que determina o limite superior da regulação de corrente (5 V / 250 Ohms = 0,02 A), e RL é a resistência total da linha e da carga, quando a corrente não muda dentro de certos limites. O circuito permite simular situações de emergência (corrente de 0 a 4 mA) e regulares (corrente de 4 a 20 mA).
Vamos seguir para o diagrama completo do dispositivo:
É alimentado por uma fonte de tensão unipolar de 20 a 24 V (não mostrada no diagrama). O assistente selecionou um conversor de impulso de pulso pronto, alimentado por Krona. Há um resistor de sintonia na placa do conversor, que deve ser definido em cerca de 22 V.Deve-se ter em mente que, com alta umidade, mesmo essa tensão pode representar um certo perigo.
A fonte da tensão de referência (ION) no dispositivo é um estabilizador comum 7805. No primeiro amplificador operacional do dispositivo, essa tensão, igual a +5 V, é fornecida ignorando quaisquer elementos de ajuste. É ligado de maneira a dobrar essa tensão, razão pela qual uma tensão estável de +10 V em relação ao fio comum aparece em sua saída.
Além disso, a tensão do modelo é aplicada a um resistor variável, a partir do contato móvel do qual, como mencionado acima, é possível remover uma tensão que muda suavemente de 0 a +5 V. É fornecida às entradas do segundo e terceiro op-amp. O primeiro amplifica quatro vezes, permitindo obter de 0 a +20 V em relação ao fio comum ou de -10 a +10 V em relação à saída do primeiro amplificador operacional.
Finalmente, o terceiro op-amp é ativado pelo método descrito acima, o que o torna uma fonte de corrente estável de 0 a 20 mA. Os circuitos no segundo e terceiro amplificadores operacionais são equipados com resistores de sintonia, que permitem a seleção mais precisa dos fatores de ganho.
Para aumentar a confiabilidade, o dispositivo está equipado com diodos e termistores de proteção com um coeficiente de temperatura positivo.
O corpo é selecionado pelo mestre como concluído, como Hammond 1593PBK. Mas uma caixa de junção comum é muito mais barata e não é pior em força. No painel frontal, o mestre faz furos para o LED e um resistor variável. O orifício de pequeno diâmetro destina-se a uma trava que protege a carcaça do resistor variável de girar.
No topo desses orifícios, o mestre cola a balança, alinhando os círculos nela com os orifícios perfurados:
Em seguida, ele coloca um resistor variável, LED e interruptor de energia:
O painel frontal do dispositivo está pronto:
O assistente adiciona um conversor de impulso ao dispositivo:
E o ajusta a uma tensão de cerca de 22 V (não é necessária uma precisão muito alta aqui):
Usando o chip LM324 que contém até quatro amplificadores operacionais (um deles permanecerá ocioso), o assistente monta o circuito em uma placa de circuito impresso, mas uma maquete também é adequada:
Faz sondas:
Coloque a placa no estojo e conecte-a ao conversor de impulso, LED, resistor variável e sondas:
Por fim, o assistente começa a testar o dispositivo:
É necessário verificar:
- tensão +5 V entre a saída do estabilizador 7805 e o fio comum
- tensão +10 V entre a saída do primeiro op-amp e o fio comum
- tensão, mudando suavemente de 0 a 20 V, entre a saída do segundo amplificador operacional e o fio comum
- tensão, mudando suavemente de -10 a +10 V, entre as saídas do segundo e primeiro amplificador operacional
- corrente, mudando suavemente de 0 a 20 mA, na saída de uma fonte de corrente coletada no terceiro amplificador operacional.
Ao usar o design, você também pode controlar a tensão ou a corrente com o mesmo multímetro. Ao medir a tensão gerada pelo dispositivo, ele é alternado para o modo voltímetro e conectado em paralelo à saída. Ao medir a corrente gerada - mude para o modo miliamperímetro e ligue o circuito em série. Alterando suavemente a corrente ou a tensão, dependendo da finalidade do dispositivo receptor, observe sua reação ao que está acontecendo. Nesse caso, é impossível impedir a criação de situações perigosas por atuadores controlados pelo dispositivo receptor.