D105: Підключення датчика до струмової петлі 4-20мА

Датчик з струмовою петлею 4-20 мА

Датчики промислового виконання часто використовують струмовий сигнал передачі даних. У передавачі "струмової петлі" використовується не джерело напруги, а джерело струму, що дозволяє передавати сигнал на великі відстані. Самі ж датчики вимагають окремого джерела живлення, як правило, 9-30В.

До універсального лічильника smart-MAIC D105 можна підключити датчик із струмовою петлею 4-20 мА за простою схемою за допомогою каліброваного опору Rh. В результаті на виході датчика отримаємо напругу Vout, яка легко виміряти на аналоговому вході D105, клема 5 (ADC), в межах 0 - 15 В.

Схема підключення датчика з струмовою петлею 4-20мА до smart-MAIC D105

Опір Rh підбирати по таблиці, виходячи з необхідної напруги на виході Vout, напруги живлення струмового датчика та напруга доступного зовнішнього джерела живлення (Power Supply).

Діапазон зміни напруги на виході Vout	1-5 В	2-10 В
Необхідна величина опору навантаження Rh	240 Ом	510 Ом
Vout при струмі 4 мА (мінімальне значення датчика)	0.96 В	2.04 В
Vout при струмі 20 мА (максимальне значення датчика)	4.8 В	10.2 В
Напруга блоку живлення, що рекомендується	> 15 В	> 24 В

Таблиця підбору опору Rh відповідно до вихідної напруги Vout

Підбір опору Rh і формула перерахунку Vout вимірювану величину.

Напруга Vout на аналоговому вході пристрою D105 залежить від опору Rh і розраховується за законом Ома, де I - струм на датчику в межах 4-20 мА.

Vout = I * Rh  

Мінімальна напруга Vout при струмі 4 мА:

 Vout min = 0.004 * Rh

Максимальна напруга Vout при струмі 20 мА:

 Vout max = 0.02 * Rh

Розглянемо з прикладу підключення датчика тиску 0-400 бар.

1. При опорі Rh 510 Ом напруга Vout змінюватиметься в діапазоні 2 - 10 В:

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

При цьому на зовнішньому джерелі живлення відбудеться падіння напруги на величину Vout, максимально 10 В. Для правильного підбору зовнішнього джерела живлення необхідно мінімальної величини живлення датчика, наприклад 9 В, додати максимальну величину падіння напруги 10 В. Значить напруга на зовнішньому джерелі живлення має бути не менше 19 В (рекомендовано 24 В).

Далі визначимо, скільки Бар тиску на датчику посідає кожен 1 В напруги Vout, знаючи можливий діапазон тиску 0-400 бар і діапазон зміни напруги Vout 2-10 В.

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

Складемо формулу лінійної залежності f(x) між тиском на датчику та напругою Vout.

Тиск [Бар] = (Vout - 2.04) * 49.02

2. При опорі Rh 250 Ом напруга Vout змінюватиметься в діапазоні 1 - 5 В для тиску 0-400 бар.
Максимальне падіння напруги на зовнішньому джерелі живлення складе 5 В, отже необхідно підібрати зовнішнє джерело живлення з напругою не менше 14 В (9 В хв. живлення датчика + 5 В падіння напруги).
На кожен 1 В буде припадати 100 бар і формула лінійної залежності f(x) набуде вигляду:

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

Як бачимо, варіант опір Rh 510 Ом забезпечить менший крок вимірів та більш точні результати.

Настройки віджета на Дашборді.

Додайте індикатор, графік або таблицю на дошку.

Виберіть пристрій smart-MAC D105, у розділі "Арифметична операція" виберіть функцію f(x) і пропишіть функцію для розрахунку тиску в потрібних одиницях вимірювання.

Наприклад, для напруги Vout в межах 2.04 - 10.2 при опорі Rh 510 Ом.

Бари [бар]

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

Паскалі [МПа]

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

Атмосфери [атм]

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

Міліметри ртутного стовпчика [мм рт. ст.]

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

Фунт на квадратний дюйм [psi]

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

Налаштування повідомлень на пристрої та керування вбудованим реле.

Для налаштування повідомлень на пристрої D105 та автоматичного керування вбудованим реле за рівнем тиску необхідно визначити формулу для розрахунку напруги на аналоговому вході Vout при відповідному рівні тиску на датчику Барах.

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

де:

БАР - рівень тиску в барах, у якому має прийти оповіщення чи спрацювати реле;

Vout – напруга на аналоговому вході, при відповідному тиску.

Готово!

---