4-20Ma वर्तमान लूप परीक्षक सेशन का उपयोग करते हुए

सेंसर किसी भी माप प्रणाली का एक अभिन्न हिस्सा हैं क्योंकि वे वास्तविक विश्व मापदंडों को इलेक्ट्रॉनिक संकेतों में बदलने में मदद करते हैं जिन्हें मशीनों द्वारा समझा जा सकता है। औद्योगिक वातावरण में, आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला प्रकार का एनालॉग एनालॉग सेंसर और डिजिटल सेंसर है । डिजिटल सेंसर USART, I2C, SPI इत्यादि जैसे 0 और 1 के निम्नलिखित प्रोटोकॉल के साथ संचार करते हैं और एनालॉग सेंसर वेरिएबल करंट या वेरिएबल वोल्टेज के माध्यम से संचार कर सकते हैं । हम में से बहुत से ऐसे सेंसर से परिचित होना चाहिए जो LDR, MQ गैस सेंसर, फ्लेक्स सेंसर आदि जैसे चर वोल्टेज का उत्पादन करते हैं। इन एनालॉग वोल्टेज सेंसर को वेरिएबल के साथ बदलकर वर्तमान वोल्टेज में बदल दिया जाता है, जिससे एनालॉग वोल्टेज को एनालॉग करंट में बदलकर वेरिएबल करंट सेंसर बनाया जा सके।

यह चर वर्तमान सेंसर 4-20mA प्रोटोकॉल का पालन करता है, जिसका अर्थ है कि सेंसर 4mA का उत्पादन करेगा जब मापा मान 0 होगा और मापा मूल्य अधिकतम होने पर 20mA आउटपुट करेगा । यदि सेंसर 4mA से कम या 20mA से अधिक का उत्पादन करता है, तो इसे गलती की स्थिति के रूप में माना जा सकता है। सेंसर बिजली और डेटा दोनों को केवल 2 तारों के माध्यम से प्रवाह करने की अनुमति देता है, मुड़ जोड़ी तारों के माध्यम से वर्तमान को आउटपुट करता है। सबसे कम या 'शून्य' मान 4mA है। यह उस स्थिति के कारण है जिसमें जब उत्पादन शून्य या 4mA होता है, तब भी यह डिवाइस को पावर दे सकता है। इसके अलावा चूंकि सिग्नल को करंट के रूप में प्रेषित किया जाता है, इसलिए इसे वायर प्रतिरोध के कारण या शोर प्रतिरोधक क्षमता के बारे में चिंता किए बिना लंबी दूरी तक भेजा जा सकता है।

उद्योगों में, सेंसर का अंशांकन एक नियमित प्रक्रिया है, और सिस्टम को कैलिब्रेट करने के लिए और त्रुटि परिणामों के निवारण के लिए, वर्तमान लूप परीक्षण किया जाता है। वर्तमान लूप परीक्षण में, यह एक सत्यापन प्रक्रिया का उपयोग करता है जो संचार लाइन में टूटने की जांच करता है। यह ट्रांसमीटर आउटपुट करंट की भी जाँच करता है। इस परियोजना में, हम कुछ घटकों का उपयोग करके एक बुनियादी वर्तमान लूप परीक्षक बनाएंगे जो हमें एक पोटेंशियोमीटर को चालू करके 4ma से 20mA तक मैन्युअल रूप से समायोजित करने की अनुमति देता है । इस सर्किट का उपयोग डमी सेंसर के रूप में कार्यक्रमों का अनुकरण करने या डीबगिंग के लिए किया जा सकता है।

घटक आवश्यकताएँ

1. एक PNP ट्रांजिस्टर (BC557 का उपयोग किया जाता है)
2. एक Op-Amp (JRC4558 का उपयोग किया जाता है)
3. 300k रोकनेवाला
4. 1k रोकनेवाला
5. 50k 10 मोड़ पोटेंशियोमीटर।
6. 100 पीएफ 16 वी
7. 0.1uF 16V - 2 पीसी
8. 100R रोकनेवाला - सहनशीलता 5%
9. एक एलईडी (कोई भी रंग)
10. 5 वी बिजली की आपूर्ति
11. ब्रेड बोर्ड
12. तार बांधना
13. करंट को मापने के लिए एक मल्टीमीटर

आइए इस परियोजना में प्रयुक्त महत्वपूर्ण घटकों पर एक नज़र डालें। नीचे की छवि में, PNP ट्रांजिस्टर, BC557 पिन आउट दिखाया गया है।

यह सबसे आम तीन पिन PNP ट्रांजिस्टर में से एक है । BC557 NPN BC547 की समान जोड़ी है। बाएं से दाएं पिंस एमिटर, बेस और कलेक्टर हैं। अन्य समकक्ष ट्रांजिस्टर BC556, BC327, 2N3906 आदि हैं।

यहाँ उपयोग किया गया op-amp (JRC4558) उसी पिन आरेख का अनुसरण करता है जैसा कि अन्य प्रकार के op-amps में किया जाता है। पिन 1, पिन 2, पिन 3 का उपयोग एक सेशन के लिए किया जाता है और अन्य चैनल के लिए पिन 5, 6, 7 का उपयोग किया जाता है। इस परियोजना के लिए किसी भी चैनल का उपयोग किया जा सकता है। 8 वां पिन सकारात्मक आपूर्ति स्रोत है और 4 वां पिन जीएनडी है। JRC4558D ओप-एम्प इस परियोजना के लिए प्रयोग किया जाता है, लेकिन अन्य op-amps भी काम करेंगे। जैसे - TL072, LM258, LM358, आदि।

भाग सूची में 5 वाँ घटक, 50k 10 टर्न पोटेंशियोमीटर बौन्स से है। भाग संख्या 3590S-sin3L है। हालाँकि, यह थोड़ा महंगा घटक है। 10 टर्न पॉट इस उद्देश्य के लिए सबसे अच्छा है, लेकिन अन्य जेनेरिक पोटेंशियोमीटर ने भी ठीक काम किया है। अंतर यह है कि रिज़ॉल्यूशन जेनेरिक पोटेंशियोमीटर के साथ कम होगा क्योंकि इससे वर्तमान स्रोत की वृद्धि या क्षरण सुचारू नहीं होगा। इस परियोजना में, बॉर्न पोटेंशियोमीटर का उपयोग किया जाता है। Bourns पोटेंशियोमीटर के pinouts थोड़ा मानक पोटेंशियोमीटर pinouts के साथ तुलना में भ्रामक है। नीचे की छवि में, बाईं ओर से पहला पिन वाइपर पिन है। किसी भी एप्लिकेशन में इस पोटेंशियोमीटर को कनेक्ट करते समय सावधानी बरतने की जरूरत है।

सर्किट आरेख

4-20mA वर्तमान लूप परीक्षक के लिए पूरा सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है।

जैसा कि आप देख सकते हैं कि सर्किट बहुत सरल है, इसमें एक ऑप-एम्प होता है जो एक ट्रांजिस्टर चलाता है। ट्रांजिस्टर से आउटपुट करंट एक एलईडी को खिलाया जाता है, यह आउटपुट करेंट 0mA से 20mA तक पोटेंशियोमीटर को अलग-अलग करके अलग किया जा सकता है और ऊपर दिखाए गए अनुसार जुड़ा हुआ एमीटर द्वारा मापा जा सकता है।

यहाँ Op-amp नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ एक वर्तमान स्रोत के रूप में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है । इनपुट वैरिएबल वोल्टेज को पोटेंशियोमीटर का उपयोग करके ओप-एएमपी के गैर-इनवर्टिंग पिन को दिया जाता है। अधिकतम आउटपुट करंट (इस मामले में 20mA) सेशन-एम्प के इनवर्टिंग पिन से जुड़े रेसिस्टर का उपयोग करके सेट किया जाता है। अब पॉट से नॉन-इनवर्टिंग पिन को प्रदान किए गए वोल्टेज के आधार पर, ऑप-एम्प एलईडी के माध्यम से एक निरंतर चालू करने के लिए ट्रांजिस्टर को बायस करेगा। यह निरंतर वर्तमान लोड प्रतिरोध मूल्य को चालू स्रोत के रूप में कार्य करने के बावजूद बनाए रखा जाएगा। इस तरह के एम्पलीफायर को ट्रांसकनेक्टेंस एम्पलीफायर कहा जाता है । सर्किट सरल है और नीचे दिखाए गए अनुसार ब्रेडबोर्ड पर आसानी से बनाया जा सकता है।

4-20mA वर्तमान लूप परीक्षक के कामकाज

यहां एलईडी लोड के रूप में कार्य करता है और वर्तमान लूप सर्किट लोड को आवश्यक वर्तमान प्रदान कर रहा है। लोड वर्तमान बीसी 557 द्वारा आपूर्ति की जाती है जो सीधे ऑप-एम्प 4558 द्वारा नियंत्रित होती है। एम्पलीफायर के सकारात्मक इनपुट पर, पोटेंशियोमीटर द्वारा एक संदर्भ वोल्टेज प्रदान किया जा रहा है। संदर्भ वोल्टेज के आधार पर, ऑप-एम्प ट्रांजिस्टर के आधार को पूर्वाग्रह वर्तमान प्रदान करता है। अतिरिक्त श्रृंखला रोकनेवाला को पोटेंशियोमीटर में संदर्भ वोल्टेज और साथ ही एम्पलीफायर के उत्पादन को सीमित करने के लिए जोड़ा जाता है, जिससे 0mA की सीमा 20mA बन जाती है। इस प्रतिरोधक मान को बदलने से न्यूनतम से अधिकतम वर्तमान उत्पादन सीमा भी बदल जाती है।

सर्किट का परीक्षण

एक बार सर्किट का निर्माण हो जाने के बाद, इसे विनियमित 5Vsource का उपयोग करके बिजली दें। मैंने ब्रेडबोर्ड बिजली की आपूर्ति का उपयोग किया है, जैसा कि हमने नीचे दिखाए गए सर्किट को बिजली देने के लिए पहले बनाया था।

नोट: 300k रोकनेवाला के लिए, दो प्रतिरोधों का उपयोग श्रृंखला 100k और 200k में किया जाता है।

सर्किट का परीक्षण करने के लिए मैंने एम्प-मोड में एक मल्टीमीटर का उपयोग किया है और सर्किट जांच में दिखाए गए एमीटर के स्थान पर इसकी जांच को जोड़ा है। यदि आप मल्टीमीटर के साथ नए हैं, तो आप इस मल्टीमीटर उपयोग गाइड की जांच कर सकते हैं। चूंकि मैं पोटेंशियोमीटर को बदलता हूं, मल्टीमीटर पर वर्तमान मूल्य 4mA से 20mA तक अलग-अलग देखा जा सकता है। पूरा काम कर वीडियो इस के नीचे पाया जा सकता है।

वर्तमान लूप परीक्षक सर्किट के अनुप्रयोग

4-20mA वर्तमान लूप टेस्टर का मुख्य अनुप्रयोग पीएलसी मशीनों का परीक्षण या जांच करना है जो 4-20 एमए प्रोटोकॉल प्राप्त करते हैं और इसके आधार पर डेटा प्रदान करते हैं। इसलिए, गलत अंशांकन पीएलसी द्वारा कथित त्रुटि मान के परिणामस्वरूप हुआ। न केवल अंशांकन, लेकिन यह वर्तमान लूप टूटने की जांच करने के लिए एक सुविधाजनक प्रक्रिया भी है।

4-20mA वर्तमान लूप के आवेदन में औद्योगिक स्वचालन और नियंत्रण प्रणाली में एक विशाल गुंजाइश है। जैसे, जल प्रवाह, वाल्व स्थिति, तेल उत्पादन और संबंधित सेंसर जो उत्पादन प्रक्रिया के लिए आवश्यक हैं, सभी 4-20 एमए संचार लाइन का उपयोग करते हैं। डिबगिंग और फॉल्ट की स्थिति का पता लगाना समय और पैसा बचाने के लिए उद्योग में एक महत्वपूर्ण काम है। सेंसर संबंधित समस्याओं को हल करने के लिए एक सटीक 4-20 एमए वर्तमान लूप परीक्षक एक आवश्यक उपकरण है।

4-20mA वर्तमान लूप परीक्षक की सीमाएं

सर्किट की कुछ सीमाएँ हैं। औद्योगिक वातावरण प्रयोगशाला आधारित पर्यावरण की तुलना में बहुत कठोर है। इसलिए, सर्किट में विभिन्न सर्किटों जैसे शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन और सर्ज प्रोटेक्शन शामिल होते हैं, जो सभी इनपुट और आउटपुट में होते हैं, जो औद्योगिक वातावरण में उपयोग करने के लिए उपयुक्त होते हैं।