D105: Подключение датчика с токовой петлей 4-20мА

Датчик с токовой петлей 4-20мА

Датчики промышленного исполнения часто используют токовый сигнал для передачи данных. В передатчике "токовой петли" используется не источник напряжения, а источник тока, что позволяет передавать сигнал на большие расстояния. Сами же датчики требуют отдельного источника питания, обычно, 9-30В.

К универсальному счетчику smart-MAC D105 можно подключить датчик с токовой петлей 4-20мА по простой схеме с помощью калиброванного сопротивления Rh. В результате на выходе датчика получим напряжение Vout, которое легко измерить на аналоговом входе D105, клемма 5 (ADC), в пределах 0 - 15В.

Схема подключения датчика с токовой петлей 4-20мА к smart-MAC D105

Сопротивление Rh подбирать по таблице, исходя из требуемого напряжения на выходе Vout, напряжения питания токового датчика и напряжение доступного внешнего источника питания (Power Supply).

Таблица подбора сопротивления Rh в соответствии с выходным напряжением Vout

Подбор сопротивления Rh и формула пересчета Vout в измеряемую величину.

Напряжение Vout, на аналоговом входе устройства D105, зависит от сопротивления Rh и рассчитывается по закону Ома, где I - ток на датчике в пределах 4-20мА.

Vout = I * Rh  

Минимальное напряжение Vout при токе 4мА:

 Vout min = 0.004 * Rh

Максимальное напряжение Vout при токе 20мА:

 Vout max = 0.02 * Rh

Рассмотрим на примере подключения датчика давления 0-400 бар.

1. При сопротивлении Rh 510 Ом напряжение Vout буде изменяться в диапазоне 2 - 10В:

Vout min = 0.004 * 510 = 2.04В
Vout max = 0.02 * 510 = 10.2В

При этом, на внешнем источнике питания произойдет падение напряжения на величину Vout, максимально 10В. Для правильного подбора внешнего источника питания необходимо к минимальной величине питания датчика, например 9В, прибавить максимальную величину падения напряжения 10В. Значит напряжение на внешнем источнике питания должно быть не менее 19В (рекомендовано 24В).

Далее определим, сколько Бар давления на датчике приходится на каждый 1В напряжения Vout, зная возможный диапазон давления 0-400 бар и диапазон изменения напряжения Vout 2-10В.

400 бар / ( Vout max - Vout min ) = 400/(10.2 - 2.04) = 49.02 бар

Составим формулу линейной зависимости f(x) между давлением на датчике и напряжением Vout.

Давление [Бар] = (Vout - 2.04) * 49.02

2. При сопротивлении Rh 250 Ом напряжение Vout будет изменяться в диапазоне 1 - 5В для давления 0-400 бар.

Максимальное падение напряжения на внешнем источнике питания составит 5В, значит необходимо подобрать внешний источник питания с напряжением не менее 14В (9В мин. питание датчика  + 5В падение напряжения).

На каждый  1В будет приходиться 100 бар и формула линейной зависимости f(x) примет вид:

400 бар / ( Vout max - Vout min ) = 400/(5-1) = 100 бар на каждый 1В
Давление [Бар] = (Vout - 1) * 100

Как видим, вариант сопротивление Rh 510 Ом обеспечит меньший шаг измерений и более точные результаты.

Настройки виджета на Дашборде.

Добавьте виджет индикатор, график или таблицу на доску.

Выберите ваше устройство smart-MAC D105, в разделе "Арифметическая операция" выберите функцию f(x) и пропишите функцию для расчета давления в нужных вам единицах измерения.

Например, для напряжения Vout в пределах 2.04 - 10.2В при сопротивлении Rh 510 Ом.

Бары [бар]

d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02: 0

Паскали [МПа]

d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 0.1 : 0

Атмосферы [атм]

d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 0.986923 : 0

Миллиметры ртутного столба [мм рт. ст.]

d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 750.06 : 0

Фунт на квадратный дюйм [psi]

d.ADC>2.04 ? (d.ADC - 2.04) * 49.02 * 14.5038 : 0

Настройка уведомлений на устройстве и управление встроенным реле.

Для настройки уведомлений на устройстве D105 и автоматического управления встроенным реле по уровню давления, необходимо определить формулу для расчета напряжения на аналоговом входе Vout при соответствующем уровне давления на датчике Барах.

Vout = (БАР+2.04*49.02)/49.02 = (БАР + 100) / 49.02

где:

БАР - уровень давления в барах, при котором должно прийти оповещение или сработать реле;

Vout - напряжение на аналоговом входе, при соответствующем давлении.

Готово!