4-20 mA सर्किट कैसे काम करता है

1950 के दशक में "वर्तमान लूप" का उपयोग डेटा ट्रांसमिशन इंटरफ़ेस के रूप में किया गया था। सबसे पहले, इंटरफ़ेस का ऑपरेटिंग करंट 60 mA था, और बाद में, 1962 में शुरू हुआ, टेलेटाइप में 20 mA करंट लूप इंटरफ़ेस व्यापक हो गया।

1980 के दशक में, जब विभिन्न सेंसर, स्वचालन उपकरण और एक्चुएटर तकनीकी उपकरणों में व्यापक रूप से पेश किए जाने लगे, तो "वर्तमान सर्किट" इंटरफ़ेस ने इसके ऑपरेटिंग धाराओं की सीमा को संकुचित कर दिया - यह 4 से 20 mA तक भिन्न होने लगा।

RS-485 इंटरफ़ेस मानक के आगमन के साथ, 1983 से "करंट लूप" का आगे प्रसार धीमा होना शुरू हुआ, और आज "करंट लूप" का उपयोग नए उपकरणों में लगभग कभी नहीं किया जाता है।

एक वर्तमान लूप ट्रांसमीटर एक RS-485 ट्रांसमीटर से भिन्न होता है जिसमें यह वोल्टेज स्रोत के बजाय एक वर्तमान स्रोत का उपयोग करता है।

वर्तमान, वोल्टेज के विपरीत, स्रोत से सर्किट के साथ आगे बढ़ रहा है, लोड मापदंडों के आधार पर इसके वर्तमान मूल्य को नहीं बदलता है। इसलिए, «वर्तमान पाश» या तो केबल प्रतिरोध, भार प्रतिरोध, या यहां तक ​​​​कि आगमनात्मक शोर EMF के प्रति संवेदनशील नहीं है।

इसके अलावा, लूप करंट वर्तमान स्रोत के आपूर्ति वोल्टेज पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल केबल के माध्यम से रिसाव के कारण बदल सकता है, जो आमतौर पर महत्वहीन होते हैं। वर्तमान चक्र की यह विशेषता इसके कार्यान्वयन के तरीकों को पूरी तरह से निर्धारित करती है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कैपेसिटिव पिकअप का ईएमएफ वर्तमान स्रोत के समानांतर यहां लागू होता है, और इसके परजीवी प्रभाव को कमजोर करने के लिए परिरक्षण का उपयोग किया जाता है।

इस कारण से, सिग्नल ट्रांसमिशन लाइन आमतौर पर एक परिरक्षित मुड़ जोड़ी होती है, जो एक अंतर रिसीवर के साथ मिलकर काम करती है, अकेले सामान्य मोड और आगमनात्मक शोर को क्षीण करती है।

सिग्नल के प्राप्त पक्ष पर, लूप करंट को एक कैलिब्रेटेड रेसिस्टर का उपयोग करके वोल्टेज में बदल दिया जाता है। और 20 एमए के वर्तमान में, मानक श्रृंखला 2.5 वी का वोल्टेज प्राप्त होता है; 5 वी; 10 वी; - यह क्रमशः 125, 250 या 500 ओम के प्रतिरोध के साथ एक प्रतिरोधक का उपयोग करने के लिए पर्याप्त है।

«वर्तमान पाश» इंटरफ़ेस का पहला और मुख्य नुकसान इसकी कम गति है, जो ट्रांसमिटिंग पक्ष पर स्थित उपर्युक्त वर्तमान स्रोत से ट्रांसमिशन केबल की क्षमता को चार्ज करने की गति से सीमित है।

इसलिए, 75 pF / m की रैखिक समाई के साथ 2 किमी लंबी केबल का उपयोग करते समय, इसकी समाई 150 nF होगी, जिसका अर्थ है कि इस समाई को 20 mA के वर्तमान में 5 वोल्ट तक चार्ज करने में 38 μs लगते हैं, जो मेल खाती है 4.5 केबीपीएस की डेटा अंतरण दर पर।

नीचे विरूपण (जिटर) के विभिन्न स्तरों और विभिन्न वोल्टेज पर उपयोग किए जाने वाले केबल की लंबाई पर "वर्तमान पाश" के माध्यम से अधिकतम उपलब्ध डेटा संचरण दर की एक ग्राफिकल निर्भरता है, मूल्यांकन उसी तरह से किया गया था जैसे कि आरएस इंटरफ़ेस -485।

«वर्तमान लूप» का एक और नुकसान कनेक्टर्स के डिजाइन और केबलों के विद्युत मापदंडों के लिए एक विशिष्ट मानक की कमी है, जो इस इंटरफ़ेस के व्यावहारिक अनुप्रयोग को भी सीमित करता है। निष्पक्षता में, यह ध्यान दिया जा सकता है कि वास्तव में, आम तौर पर स्वीकृत 0 से 20 mA और 4 से 20 mA तक होते हैं। रेंज 0 - 60 mA का उपयोग बहुत कम बार किया जाता है।

सबसे आशाजनक विकास जिसमें "करंट लूप" इंटरफ़ेस के उपयोग की आवश्यकता होती है, अधिकांश भाग आज केवल 4 ... 20 mA इंटरफ़ेस का उपयोग करते हैं, जिससे लाइन ब्रेक का आसानी से निदान करना संभव हो जाता है। इसके अलावा, "करंट लूप" "डेवलपर की आवश्यकताओं के आधार पर डिजिटल या एनालॉग हो सकता है (बाद में उस पर अधिक)।

किसी भी प्रकार के "करंट लूप" (एनालॉग या डिजिटल) की व्यावहारिक रूप से कम डेटा दर इसे श्रृंखला में जुड़े कई रिसीवरों के साथ एक साथ उपयोग करने की अनुमति देती है, और लंबी लाइनों के मिलान की आवश्यकता नहीं होती है।

«वर्तमान चक्र» का एनालॉग संस्करण

एनालॉग "वर्तमान लूप" ने प्रौद्योगिकी में आवेदन पाया है जहां यह आवश्यक है, उदाहरण के लिए, सेंसर से नियंत्रकों या नियंत्रकों और एक्चुएटर्स के बीच संकेतों को प्रसारित करने के लिए। यहाँ, वर्तमान चक्र कई लाभ प्रदान करता है।

सबसे पहले, मापा मूल्य की भिन्नता की सीमा, जब इसे मानक सीमा तक घटाया जाता है, तो आपको सिस्टम के घटकों को बदलने की अनुमति मिलती है। काफी दूरी पर उच्च सटीकता (+ -0.05% त्रुटि से अधिक नहीं) के साथ एक संकेत संचारित करने की क्षमता भी उल्लेखनीय है। अंत में, वर्तमान चक्र मानक अधिकांश औद्योगिक स्वचालन विक्रेताओं द्वारा समर्थित है।

4… 20 mA करंट लूप में सिग्नल रेफरेंस पॉइंट के रूप में न्यूनतम 4 mA करंट होता है।इस प्रकार, यदि केबल टूट जाती है, तो धारा शून्य होगी। 0… 20 mA करंट लूप का उपयोग करते समय, केबल ब्रेक का निदान करना अधिक कठिन होगा, क्योंकि 0 mA केवल प्रेषित सिग्नल के न्यूनतम मान को इंगित कर सकता है। 4… 20 mA रेंज का एक और फायदा यह है कि 4 mA के स्तर पर भी बिना किसी समस्या के सेंसर को पावर देना संभव है।

नीचे दो एनालॉग करंट डायग्राम हैं। पहले संस्करण में, बिजली की आपूर्ति ट्रांसमीटर में अंतर्निहित है, जबकि दूसरे संस्करण में, बिजली की आपूर्ति बाहरी है।

स्थापना के संदर्भ में अंतर्निहित बिजली की आपूर्ति सुविधाजनक है, और बाहरी आपको डिवाइस के उद्देश्य और परिचालन स्थितियों के आधार पर इसके मापदंडों को बदलने की अनुमति देता है जिसके साथ वर्तमान लूप का उपयोग किया जाता है।

वर्तमान लूप के संचालन का सिद्धांत दोनों सर्किटों के लिए समान है। आदर्श रूप से, एक ऑप-एम्प में असीम रूप से बड़ा आंतरिक प्रतिरोध होता है और इसके इनपुट पर शून्य करंट होता है, जिसका अर्थ है कि इसके इनपुट में वोल्टेज भी शुरू में शून्य होता है।

इस प्रकार, ट्रांसमीटर में रोकनेवाला के माध्यम से वर्तमान केवल इनपुट वोल्टेज के मूल्य पर निर्भर करेगा और पूरे लूप में वर्तमान के बराबर होगा, जबकि यह भार प्रतिरोध पर निर्भर नहीं करेगा। इसलिए, रिसीवर इनपुट वोल्टेज आसानी से निर्धारित किया जा सकता है।

ऑप-एम्प सर्किट में आपको रिसीवर केबल को इससे कनेक्ट किए बिना ट्रांसमीटर को कैलिब्रेट करने की अनुमति देने का लाभ है, क्योंकि रिसीवर और केबल द्वारा पेश की गई त्रुटि बहुत छोटी है।

सक्रिय मोड में सामान्य ऑपरेशन के लिए ट्रांसमिशन ट्रांजिस्टर की जरूरतों के आधार पर आउटपुट वोल्टेज का चयन किया जाता है, साथ ही तारों पर वोल्टेज ड्रॉप, ट्रांजिस्टर और प्रतिरोधों की भरपाई के लिए शर्त के साथ।

कहते हैं कि प्रतिरोधक 500 ओम हैं और केबल 100 ओम है। फिर, 20 mA की धारा प्राप्त करने के लिए, 22 V के एक वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता होती है। निकटतम मानक वोल्टेज चुना जाता है - 24 V। वोल्टेज सीमा से अतिरिक्त शक्ति ट्रांजिस्टर पर बस नष्ट हो जाएगी।

ध्यान दें कि दोनों चार्ट दिखाते हैं विद्युत अपघटन ट्रांसमीटर चरण और ट्रांसमीटर के इनपुट के बीच। यह ट्रांसमीटर और रिसीवर के बीच किसी भी गलत कनेक्शन से बचने के लिए किया जाता है।

एनालॉग करंट लूप के निर्माण के लिए एक ट्रांसमीटर के उदाहरण के रूप में, हम 4 ... 20 mA या 0 ... 20 mA » का उपयोग करके कंप्यूटर को एक्चुएटर से जोड़ने के लिए चार एनालॉग आउटपुट चैनलों के साथ तैयार उत्पाद NL-4AO का हवाला दे सकते हैं। वर्तमान चक्र «प्रोटोकॉल।

मॉड्यूल RS-485 प्रोटोकॉल के माध्यम से कंप्यूटर के साथ संचार करता है। रूपांतरण त्रुटियों की भरपाई करने के लिए डिवाइस वर्तमान में कैलिब्रेट किया गया है और कंप्यूटर द्वारा दिए गए आदेशों को निष्पादित करता है। अंशांकन गुणांक डिवाइस मेमोरी में संग्रहीत होते हैं। DAC का उपयोग करके डिजिटल डेटा को एनालॉग में बदला जाता है।

«वर्तमान चक्र» का डिजिटल संस्करण

डिजिटल करंट लूप, एक नियम के रूप में, 0 ... 20 mA मोड में काम करता है, क्योंकि इस रूप में डिजिटल सिग्नल को पुन: पेश करना आसान है। यहां तर्क स्तरों की सटीकता इतनी महत्वपूर्ण नहीं है, इसलिए लूप करंट स्रोत में बहुत अधिक आंतरिक प्रतिरोध और अपेक्षाकृत कम सटीकता नहीं हो सकती है।

उपरोक्त आरेख में, 24 वी की आपूर्ति वोल्टेज के साथ, रिसीवर के इनपुट पर 0.8 वी गिरा दिया जाता है, जिसका अर्थ है कि 1.2 केΩ के प्रतिरोधी के साथ, वर्तमान 20 एमए होगा। केबल में वोल्टेज ड्रॉप, भले ही इसका प्रतिरोध कुल लूप प्रतिरोध का 10% हो, उपेक्षित किया जा सकता है, जैसा कि ऑप्टोकॉप्लर में वोल्टेज ड्रॉप हो सकता है।व्यवहार में, इन शर्तों के तहत, ट्रांसमीटर को वर्तमान स्रोत माना जा सकता है।