- Persyaratan Komponen
- Diagram Sirkuit
- Cara kerja Penguji Loop Arus 4-20mA
- Pengujian sirkuit
- Aplikasi Rangkaian Penguji Loop Arus
- Batasan Penguji Loop Arus 4-20mA
Sensor adalah bagian integral dari sistem pengukuran apa pun karena membantu mengubah parameter dunia nyata menjadi sinyal elektronik yang dapat dipahami oleh mesin. Dalam lingkungan industri, jenis sensor yang umum digunakan adalah Sensor Analog dan Sensor Digital. Sensor digital berkomunikasi dengan protokol 0 dan 1 berikut seperti USART, I2C, SPI dll. Dan sensor Analog dapat berkomunikasi melalui arus variabel atau tegangan variabel. Banyak dari kita harus terbiasa dengan sensor yang mengeluarkan tegangan variabel seperti LDR, sensor gas MQ, sensor Flex, dll. Sensor tegangan analog ini digabungkan dengan konverter Tegangan ke arus untuk mengubah tegangan analog menjadi arus analog menjadi sensor arus variabel.
Sensor arus variabel ini mengikuti protokol 4-20mA, artinya sensor akan mengeluarkan 4mA saat nilai terukur 0 dan akan mengeluarkan 20mA saat nilai terukur maksimal. Jika keluaran sensor kurang dari 4mA atau lebih dari 20mA itu dapat dianggap sebagai kondisi kesalahan. Sensor mengeluarkan arus melalui kabel twisted pair yang memungkinkan daya dan data mengalir hanya melalui 2 kabel. Nilai terendah atau 'nol' adalah 4mA. Ini karena situasi di mana ketika output nol atau 4mA, masih dapat memberi daya pada perangkat. Juga karena sinyal ditransmisikan sebagai arus, sinyal dapat dikirim ke jarak jauh tanpa mengkhawatirkan penurunan tegangan karena hambatan kabel atau tentang kekebalan kebisingan.
Dalam industri, kalibrasi sensor adalah proses rutin, dan untuk mengkalibrasi sistem dan juga untuk mengatasi masalah hasil kesalahan, pengujian loop arus dilakukan. Dalam pengujian loop saat ini, ini menggunakan proses verifikasi yang memeriksa kerusakan pada jalur komunikasi. Ini juga memeriksa arus keluaran pemancar. Dalam proyek ini, kami akan membuat penguji loop arus dasar menggunakan beberapa komponen yang memungkinkan kami menyesuaikan arus secara manual dari 4ma ke 20mA dengan memutar potensiometer. Sirkuit ini dapat digunakan sebagai sensor dummy untuk meniru program atau untuk debugging.
Persyaratan Komponen
- Transistor PNP (BC557 digunakan)
- Sebuah Op-Amp (JRC4558 digunakan)
- Resistor 300k
- Resistor 1k
- 50k 10 putaran potensiometer.
- 100pF 16V
- 0.1uF 16V - 2 lembar
- Resistor 100R - toleransi 5%
- LED (Warna apa saja)
- Catu daya 5V
- Papan tempat memotong roti
- Kabel penghubung
- Multimeter untuk mengukur Arus
Mari kita lihat komponen penting yang digunakan dalam proyek ini. Pada gambar di bawah ini, transistor PNP, pin keluar BC557 ditampilkan.
Ini adalah salah satu transistor PNP tiga pin yang paling umum. BC557 adalah pasangan identik dari NPN BC547. Dari kiri ke kanan pinnya adalah Emitter, Base, dan Collector. Transistor setara lainnya adalah BC556, BC327, 2N3906 dll.
Op-amp yang digunakan di sini (JRC4558) mengikuti diagram pin yang sama seperti yang digunakan pada jenis op-amp lainnya. Pin 1, Pin 2, Pin 3 digunakan untuk satu op-amp dan Pin 5, 6, 7 digunakan untuk saluran lainnya. Saluran apa pun dapat digunakan untuk proyek ini. Pin ke-8 adalah sumber suplai positif dan pin ke-4 adalah GND. The JRC4558D Op-Amp digunakan untuk proyek ini, tapi op-amp lain juga akan bekerja. Seperti seperti - TL072, LM258, LM358, dll.
Komponen ke-5 dalam daftar bagian, potensiometer putaran 50k 10 berasal dari Bourns. Nomor bagiannya adalah 3590S-2-503L. Namun, ini adalah komponen yang agak mahal. Pot 10 Putaran adalah yang terbaik untuk tujuan ini, tetapi potensiometer umum lainnya juga berfungsi dengan baik. Perbedaannya adalah bahwa resolusinya akan lebih kecil dengan potensiometer generik karena kenaikan atau penurunan sumber arus tidak akan mulus. Dalam proyek ini, potensiometer Bourns digunakan. The pinouts dari Bourns potensiometer adalah sedikit membingungkan dibandingkan dengan pin potensiometer standar. Pada gambar di bawah ini, pin pertama dari kiri adalah pin penghapus. Seseorang perlu berhati-hati saat menghubungkan potensiometer ini di aplikasi apa pun.
Diagram Sirkuit
Diagram Sirkuit lengkap untuk penguji loop arus 4-20mA ditunjukkan di bawah ini.
Seperti yang Anda lihat, rangkaian ini cukup sederhana, terdiri dari op-amp yang menggerakkan transistor. Arus keluaran dari transistor diumpankan ke LED, arus keluaran ini dapat divariasikan dari 0mA hingga 20mA dengan memvariasikan potensiometer dan dapat diukur dengan Ammeter yang terhubung seperti yang ditunjukkan di atas.
Op-amp di sini dirancang untuk bekerja sebagai sumber arus dengan umpan balik negatif. Tegangan variabel input diberikan ke pin non-pembalik Op-Amp menggunakan potensiometer. Arus keluaran maksimum (dalam hal ini 20mA) diatur dengan menggunakan resistor yang terhubung ke pin pembalik op-Amp. Sekarang berdasarkan tegangan yang diberikan ke pin non-pembalik dari pot, op-amp akan membiaskan transistor untuk mendapatkan arus konstan melalui LED. Arus konstan ini akan dipertahankan terlepas dari nilai resistansi beban yang bertindak sebagai sumber arus. Penguat jenis ini disebut sebagai Penguat Transkonduktansi. Rangkaiannya sederhana dan dapat dengan mudah dibuat di papan tempat memotong roti seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Cara kerja Penguji Loop Arus 4-20mA
LED di sini bertindak sebagai beban dan rangkaian loop arus menyediakan arus yang dibutuhkan ke beban. Arus beban disuplai oleh BC557 yang dikendalikan langsung oleh op-amp 4558. Pada input positif penguat, tegangan referensi disediakan oleh potensiometer. Bergantung pada tegangan referensi, op-amp menyediakan arus prategangan ke basis transistor. Resistor seri tambahan ditambahkan melintasi potensiometer untuk membatasi tegangan referensi serta output penguat sehingga menciptakan batas 0mA hingga 20mA. Mengubah nilai resistor ini juga mengubah batas keluaran arus minimum ke maksimum.
Pengujian sirkuit
Setelah sirkuit dibuat, nyalakan menggunakan sumber daya 5V yang diatur. Saya telah menggunakan catu daya papan tempat memotong roti, mirip dengan yang kami buat sebelumnya untuk menyalakan sirkuit seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Catatan: Untuk resistor 300k, digunakan dua resistor seri 100k dan 200k.
Untuk menguji sirkuit saya telah menggunakan multimeter dalam mode Amp dan menghubungkan probe di tempat amperemeter yang ditunjukkan pada diagram sirkuit. Anda dapat memeriksa panduan penggunaan multimeter ini jika Anda baru mengenal multimeter. Saat saya memvariasikan potensiometer, nilai saat ini pada multimeter dapat diperhatikan bervariasi dari 4mA hingga 20mA. The video bekerja lengkap dapat ditemukan di bagian bawah ini.
Aplikasi Rangkaian Penguji Loop Arus
Aplikasi utama penguji loop arus 4-20mA adalah untuk menguji atau mengkalibrasi mesin PLC yang menerima protokol 4-20 mA dan menyediakan data tergantung padanya. Oleh karena itu, kalibrasi yang salah mengakibatkan nilai kesalahan yang dirasakan oleh PLC. Tidak hanya kalibrasi, tetapi juga merupakan proses yang nyaman untuk memeriksa kerusakan loop saat ini.
Penerapan loop arus 4-20mA memiliki cakupan yang besar dalam otomasi industri dan sistem kontrol. Seperti aliran air, posisi katup, produksi minyak dan sensor terkait yang penting untuk proses produksi semua menggunakan jalur komunikasi 4-20 mA. Debugging dan menemukan kondisi kesalahan adalah pekerjaan penting dalam industri untuk menghemat waktu dan uang. Penguji loop arus 4-20 mA yang akurat adalah alat penting untuk menyelesaikan masalah terkait sensor.
Batasan Penguji Loop Arus 4-20mA
Sirkuit memiliki batasan tertentu. Lingkungan industri sangat keras daripada lingkungan berbasis laboratorium. Oleh karena itu, rangkaian harus terdiri dari berbagai rangkaian perlindungan seperti perlindungan hubung singkat dan pelindung lonjakan arus di semua input dan output yang sesuai untuk digunakan di lingkungan industri.