Nell'automazione industriale, i sensori con uscite in corrente da 4 a 20 mA sono ampiamente utilizzati. Il primo di questi valori corrisponde al limite inferiore dell'intervallo del valore misurato, il secondo al massimo. Lasciatemi spiegare con un esempio astratto: un certo sensore misura il numero di gatti nel seminterrato nell'intervallo da 0 a 500 gatti. Zero gatti corrispondono a 4 mA, cinquecento gatti - 20 mA. Supponiamo che ora ci siano 200 gatti nel seminterrato. Calcoliamo la corrente che il dispositivo dovrebbe emettere nella linea: I = 4 + 200 ((20-4) / 500) = 10,4 mA. Ora verremo trasferiti sul lato del dispositivo ricevente e calcoleremo il numero di gatti in base a questo valore corrente: N = (10,4-4) (500 / (20-4)) = 200 gatti. Non sono previsti requisiti per l'accuratezza della resistenza della linea e del carico nel ricevitore: uno stabilizzatore di corrente si trova nel sensore, a causa del quale la tensione applicata alla linea verrà impostata automaticamente esattamente come è richiesta per ottenere una data corrente. Naturalmente, "in produzione" ci saranno gradi noiosi o megapascals al posto dei gatti. E se la corrente scende a zero mA, questa sarà considerata un'interruzione di linea.
Quando si regola il sistema, che include un sensore e un ricevitore, è necessario verificare la presenza e la correttezza della reazione del secondo a un cambiamento di corrente nell'intero intervallo. Per fare ciò, al posto del sensore, nella linea è incluso un regolatore di corrente regolabile, il cui valore dipende dalla posizione dell'impugnatura del resistore variabile. Uno di questi dispositivi di assistenza è stato sviluppato da Instructables con il nome di lawsonkeith. Funzione aggiuntiva fatto in casa è la generazione di una tensione stabile da -10 a +10 V e da 0 a +20 V, utile quando si impostano circuiti su un amplificatore operazionale.
Avendo una sorgente di tensione stabile di 5 V e una resistenza variabile con la caratteristica A, è facile ottenere una tensione che varia uniformemente da 0 a 5 V. Questa tensione può essere applicata a una sorgente di corrente a controllo di tensione (ITUN), il cui circuito è mostrato di seguito. Qui R1 è la resistenza che determina il limite superiore della regolazione della corrente (5 V / 250 Ohm = 0,02 A), e RL è la resistenza totale della linea e del carico, quando la corrente cambia entro determinati limiti, la corrente non cambia. Il circuito consente di simulare sia situazioni di emergenza (corrente da 0 a 4 mA) sia situazioni normali (corrente da 4 a 20 mA).
Passiamo al diagramma completo del dispositivo:
È alimentato da una sorgente di tensione unipolare da 20 a 24 V (non mostrata nello schema). Il mago ha selezionato un convertitore boost di impulsi già pronto alimentato da Krona. C'è una resistenza di sintonia sulla scheda del convertitore, che dovrebbe essere impostata a circa 22 V.Va tenuto presente che con un'elevata umidità, anche questa tensione può comportare un certo pericolo.
La sorgente della tensione di riferimento (ION) nel dispositivo è un normale stabilizzatore 7805. Al primo op-amp del dispositivo, questa tensione, pari a +5 V, viene fatta passare senza elementi di regolazione. È acceso in modo tale da raddoppiare questa tensione, motivo per cui alla sua uscita appare una tensione stabile di +10 V rispetto al filo comune.
Inoltre, la tensione del modello viene applicata a un resistore variabile, dal cui contatto mobile di cui, come menzionato sopra, è possibile rimuovere una tensione che varia uniformemente da 0 a +5 V. Viene fornita agli ingressi del secondo e terzo amplificatore operazionale. Il primo lo amplifica quattro volte, consentendo di ottenere da 0 a +20 V rispetto al filo comune o da -10 a +10 V rispetto all'uscita del primo amplificatore operazionale.
Infine, il terzo amplificatore operazionale viene attivato con il metodo sopra descritto, che lo rende una sorgente di corrente stabile da 0 a 20 mA. I circuiti sul secondo e terzo amplificatore operazionale sono dotati di resistori di sintonia, che consentono la selezione più accurata dei fattori di guadagno.
Per aumentare l'affidabilità, il dispositivo è dotato di diodi protettivi e termistori con un coefficiente di temperatura positivo.
Il corpo è selezionato dal maestro come finito, come Hammond 1593PBK. Ma una normale scatola di giunzione è molto più economica e non peggiora in termini di forza. Nel pannello frontale, il master crea fori per il LED e una resistenza variabile. Il foro di piccolo diametro è progettato per un fermo che protegge l'alloggiamento del resistore variabile dalla rotazione.
In cima a questi fori, il maestro incolla la scala, allineando i cerchi su di essa con i fori:
Quindi inserisce un resistore variabile, un LED e un interruttore di accensione:
Il pannello frontale del dispositivo è pronto:
La procedura guidata aggiunge un convertitore boost al dispositivo:
E lo regola su una tensione dell'ordine di 22 V (qui non è richiesta una precisione molto elevata):
Prendendo il chip LM324 contenente fino a quattro op-amp (uno dei quali rimarrà inattivo), la procedura guidata assembla il circuito su un circuito stampato, ma è anche adatto un modello:
Sonde:
Posiziona la scheda nella custodia e la collega al convertitore boost, al LED, alla resistenza variabile e alle sonde:
Infine, la procedura guidata inizia a testare il dispositivo:
Il controllo è necessario:
- tensione +5 V tra l'uscita dello stabilizzatore 7805 e il filo comune
- tensione +10 V tra l'uscita del primo amplificatore operazionale e il filo comune
- tensione, che varia uniformemente da 0 a 20 V, tra l'uscita del secondo amplificatore operazionale e il filo comune
- tensione, che varia uniformemente da -10 a +10 V, tra le uscite del secondo e del primo amplificatore operazionale
- corrente, che varia uniformemente da 0 a 20 mA, all'uscita di una sorgente di corrente raccolta al terzo op-amp.
Quando si utilizza il design, è possibile controllare ulteriormente la tensione o la corrente con lo stesso multimetro. Quando si misura la tensione generata dal dispositivo, viene commutato in una modalità voltmetro e collegato in parallelo all'uscita. Quando si misura la corrente generata, passare alla modalità milliamperometro e accendere il circuito in serie. La variazione continua della corrente o della tensione, a seconda di ciò per cui è progettato il dispositivo ricevente, osserva la sua reazione a ciò che sta accadendo. In questo caso, è impossibile impedire la creazione di situazioni pericolose da parte di attuatori controllati dal dispositivo ricevente.