รูปแบบการปฏิบัติสำหรับการเปิดเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์อะนาล็อก: แอปพลิเคชัน วิธีเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ที่มีระดับพลังงานต่างกัน

พื้นฐานของการทำงานวนรอบปัจจุบัน 4..20mA

ตั้งแต่ปี 1950 เป็นต้นมา มีการใช้ลูปปัจจุบันเพื่อส่งข้อมูลจากทรานสดิวเซอร์ในกระบวนการตรวจสอบและควบคุม ด้วยค่าใช้จ่ายในการดำเนินการต่ำ การป้องกันสัญญาณรบกวนสูง และความสามารถในการส่งสัญญาณในระยะทางไกล วงจรปัจจุบันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม เนื้อหานี้มีไว้สำหรับคำอธิบายหลักการพื้นฐานของลูปปัจจุบัน พื้นฐานของการออกแบบ การกำหนดค่า

การใช้กระแสในการส่งข้อมูลจากตัวแปลง

เซ็นเซอร์ระดับอุตสาหกรรมมักใช้สัญญาณปัจจุบันในการส่งข้อมูล ซึ่งแตกต่างจากทรานสดิวเซอร์อื่นๆ ส่วนใหญ่ เช่น เทอร์โมคัปเปิลหรือสเตรนเกจที่ใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้า แม้ว่าคอนเวอร์เตอร์ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าเป็นพารามิเตอร์ในการสื่อสารจะมีประสิทธิภาพในการใช้งานในอุตสาหกรรมหลายประเภท แต่ก็มีแอพพลิเคชั่นจำนวนมากที่ควรใช้คุณลักษณะปัจจุบัน ข้อเสียที่สำคัญเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าสำหรับการส่งสัญญาณในสภาวะอุตสาหกรรมคือสัญญาณอ่อนลงเมื่อส่งสัญญาณในระยะทางไกลเนื่องจากมีความต้านทานในสายสื่อสารแบบมีสาย คุณสามารถใช้อุปกรณ์อิมพีแดนซ์อินพุตสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียสัญญาณได้ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ดังกล่าวจะไวต่อเสียงที่เกิดจากมอเตอร์ สายพานไดรฟ์ หรือเครื่องส่งสัญญาณออกอากาศในบริเวณใกล้เคียง

ตามกฎข้อแรกของ Kirchhoff ผลรวมของกระแสที่ไหลเข้าสู่โหนดจะเท่ากับผลรวมของกระแสที่ไหลออกจากโหนด
ตามทฤษฎี กระแสที่ไหลที่จุดเริ่มต้นของวงจรควรจะถึงจุดสิ้นสุดอย่างครบถ้วน
ดังแสดงในรูปที่ 1 หนึ่ง.

รูปที่ 1 ตามกฎข้อแรกของ Kirchhoff กระแสที่จุดเริ่มต้นของวงจรจะเท่ากับกระแสที่จุดสิ้นสุด

นี่คือหลักการพื้นฐานในการทำงานของลูปการวัด การวัดกระแสที่ใดก็ได้ในลูปปัจจุบัน (ลูปการวัด) ให้ผลลัพธ์เหมือนกัน ด้วยการใช้สัญญาณปัจจุบันและเครื่องรับข้อมูลอิมพีแดนซ์ต่ำ การใช้งานในภาคอุตสาหกรรมจะได้รับประโยชน์อย่างมากจากการป้องกันสัญญาณรบกวนที่ดีขึ้นและความยาวลิงก์ที่เพิ่มขึ้น

ส่วนประกอบลูปปัจจุบัน
ส่วนประกอบหลักของลูปปัจจุบัน ได้แก่ แหล่ง DC, เซ็นเซอร์, อุปกรณ์เก็บข้อมูล และสายไฟที่เชื่อมต่อกันเป็นแถว ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 แผนภาพการทำงานของลูปปัจจุบัน

แหล่งจ่ายไฟ DC ให้พลังงานแก่ระบบ เครื่องส่งจะควบคุมกระแสในสายไฟตั้งแต่ 4 ถึง 20 mA โดยที่ 4 mA เป็นศูนย์สดและ 20 mA เป็นสัญญาณสูงสุด
0 mA (ไม่มีกระแส) หมายถึงวงจรเปิด อุปกรณ์เก็บข้อมูลวัดกระแสควบคุม วิธีที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำในการวัดกระแสคือการติดตั้งตัวต้านทาน shunt ที่มีความแม่นยำที่อินพุตของแอมพลิฟายเออร์การวัดของอุปกรณ์เก็บข้อมูล (ในรูปที่ 2) เพื่อแปลงกระแสเป็นแรงดันการวัด เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในที่สุด สะท้อนสัญญาณที่เอาต์พุตของตัวแปลงอย่างชัดเจน

เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจวิธีการทำงานของลูปปัจจุบันได้ดียิ่งขึ้น ให้พิจารณาตัวอย่างการออกแบบระบบด้วยตัวแปลงที่มีดังต่อไปนี้ ข้อมูลจำเพาะ:

ทรานสดิวเซอร์ใช้สำหรับวัดความดัน
ตัวส่งสัญญาณอยู่ห่างจากอุปกรณ์วัด 2,000 ฟุต
กระแสที่วัดโดยอุปกรณ์เก็บข้อมูลจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณของแรงดันที่ใช้กับทรานสดิวเซอร์ .แก่ผู้ปฏิบัติงาน

เมื่อพิจารณาจากตัวอย่าง เราจะเริ่มต้นด้วยการเลือกตัวแปลงที่เหมาะสม

การออกแบบระบบปัจจุบัน

การเลือกตัวแปลง

ขั้นตอนแรกในการออกแบบระบบปัจจุบันคือการเลือกทรานสดิวเซอร์ โดยไม่คำนึงถึงชนิดของปริมาณที่วัดได้ (การไหล ความดัน อุณหภูมิ ฯลฯ) ปัจจัยสำคัญในการเลือกเครื่องส่งสัญญาณก็คือแรงดันไฟฟ้าในการทำงาน เฉพาะการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับตัวแปลงเท่านั้นที่ช่วยให้คุณสามารถปรับปริมาณกระแสในสายสื่อสารได้ ค่าแรงดันไฟของแหล่งจ่ายไฟต้องอยู่ภายในขีดจำกัดที่ยอมรับได้: มากกว่าค่าต่ำสุดที่กำหนด น้อยกว่าค่าสูงสุด ซึ่งอาจทำให้อินเวอร์เตอร์เสียหายได้

สำหรับระบบกระแสตัวอย่าง ทรานสดิวเซอร์ที่เลือกจะวัดแรงดันและมีแรงดันไฟที่ใช้งาน 12 ถึง 30 V เมื่อเลือกทรานสดิวเซอร์ สัญญาณกระแสจะต้องถูกวัดอย่างถูกต้องเพื่อให้การแสดงแรงดันที่ใช้กับเครื่องส่งสัญญาณได้อย่างแม่นยำ

การเลือกอุปกรณ์เก็บข้อมูลสำหรับการวัดกระแส

สิ่งสำคัญที่ต้องให้ความสนใจเมื่อสร้างระบบปัจจุบันคือการป้องกันการปรากฏตัวของวงจรปัจจุบันในวงจรกราวด์ เทคนิคทั่วไปในกรณีเช่นนี้คือการแยก ด้วยการใช้ฉนวน คุณสามารถหลีกเลี่ยงอิทธิพลของกราวด์กราวด์ ซึ่งอธิบายการเกิดขึ้นในรูปที่ 3

รูปที่ 3 กราวด์ลูป

กราวด์ลูปจะเกิดขึ้นเมื่อมีการต่อขั้วสองขั้วในวงจรที่ตำแหน่งต่างๆ ความแตกต่างนี้นำไปสู่การปรากฏตัวของกระแสเพิ่มเติมในสายการสื่อสาร ซึ่งอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการวัด
Data Acquisition Isolation หมายถึงการแยกทางไฟฟ้าของกราวด์แหล่งสัญญาณจากกราวด์ของแอมพลิฟายเออร์อินพุตของอุปกรณ์ ดังแสดงในรูปที่ 4

เนื่องจากไม่มีกระแสไหลผ่านอุปสรรคการแยก จุดกราวด์ของแอมพลิฟายเออร์และแหล่งสัญญาณจึงมีศักยภาพเท่ากัน วิธีนี้ช่วยลดความเป็นไปได้ในการสร้างกราวด์ลูปโดยไม่ได้ตั้งใจ

รูปที่ 4 แรงดันไฟโหมดทั่วไปและแรงดันสัญญาณในวงจรแยก

การแยกนี้ยังป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ DAQ เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปสูง โหมดทั่วไปคือแรงดันไฟฟ้าที่มีขั้วเดียวกันซึ่งมีอยู่ที่อินพุตทั้งสองของแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด ตัวอย่างเช่น ในรูปที่ 4 ทั้งอินพุตบวก (+) และลบ (-) ของแอมพลิฟายเออร์มีแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไป +14 V อุปกรณ์รับข้อมูลจำนวนมากมีช่วงอินพุตสูงสุด ±10 V หากไม่ได้แยกอุปกรณ์เก็บข้อมูลและแรงดันไฟฟ้าของโหมดทั่วไปอยู่นอกช่วงอินพุตสูงสุด คุณอาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ได้ แม้ว่าแรงดันไฟปกติ (สัญญาณ) ที่อินพุตของแอมพลิฟายเออร์ในรูปที่ 4 จะเท่ากับ +2 V เท่านั้น แต่การเพิ่ม +14 V อาจส่งผลให้แรงดันไฟอยู่ที่ +16 V
(แรงดันสัญญาณคือแรงดันระหว่าง “+” และ “-” ของแอมพลิฟายเออร์ แรงดันใช้งานคือผลรวมของแรงดันไฟโหมดปกติและโหมดทั่วไป) ซึ่งเป็นระดับแรงดันอันตรายสำหรับอุปกรณ์ที่มีแรงดันไฟทำงานต่ำกว่า

ด้วยการแยกจุดร่วมของแอมพลิฟายเออร์จะถูกแยกด้วยไฟฟ้าจากศูนย์กราวด์ ในวงจรในรูปที่ 4 ศักยภาพที่จุดร่วมของเครื่องขยายเสียง "เพิ่มขึ้น" เป็น +14 V เทคนิคนี้ทำให้ค่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าลดลงจาก 16 เป็น 2 V ขณะนี้กำลังรวบรวมข้อมูลอุปกรณ์คือ ไม่เสี่ยงต่อความเสียหายจากแรงดันไฟเกินอีกต่อไป (โปรดทราบว่าฉนวนมีแรงดันไฟโหมดทั่วไปสูงสุดที่สามารถปฏิเสธได้)

เมื่อตัวรวบรวมข้อมูลถูกแยกและรักษาความปลอดภัย ขั้นตอนสุดท้ายในการกำหนดค่าลูปปัจจุบันคือการเลือกแหล่งพลังงานที่เหมาะสม

การเลือกพาวเวอร์ซัพพลาย

ตรวจสอบว่าแหล่งจ่ายไฟใด วิธีที่ดีที่สุดตรงตามความต้องการของคุณ ค่อนข้างง่าย เมื่อทำงานในวงจรปัจจุบัน แหล่งจ่ายไฟต้องให้แรงดันไฟฟ้าเท่ากับหรือมากกว่าผลรวมของแรงดันตกคร่อมองค์ประกอบทั้งหมดของระบบ

อุปกรณ์เก็บข้อมูลในตัวอย่างของเราใช้การแบ่งความแม่นยำในการวัดกระแส
จำเป็นต้องคำนวณแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานนี้ ตัวต้านทาน shunt ทั่วไปมีความต้านทาน 249 Ω การคำนวณพื้นฐานสำหรับช่วงกระแสลูปปัจจุบัน 4 .. 20 mA
แสดงสิ่งต่อไปนี้:

ฉัน*R=U
0.004A*249Ω=0.996V
0.02A*249Ω=4.98V

ด้วยการแบ่ง 249 Ω เราสามารถลบแรงดันไฟฟ้าในช่วง 1 ถึง 5 V โดยการเชื่อมโยงค่าแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตของตัวรวบรวมข้อมูลกับค่าของสัญญาณเอาท์พุตของทรานสดิวเซอร์แรงดัน
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว เครื่องส่งสัญญาณความดันต้องใช้แรงดันไฟฟ้าในการทำงานขั้นต่ำที่ 12 V สูงสุดที่ 30 V การเพิ่มแรงดันตกคร่อมข้ามตัวต้านทานแบบแบ่งที่มีความแม่นยำให้กับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของเครื่องส่งมีดังต่อไปนี้:

12V+ 5V=17V

ได้อย่างรวดเร็วก่อน แรงดันไฟฟ้า 17V ก็เพียงพอแล้ว อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องคำนึงถึงภาระเพิ่มเติมของแหล่งจ่ายไฟซึ่งสร้างขึ้นโดยสายไฟที่มีความต้านทานไฟฟ้า
ในกรณีที่เซ็นเซอร์อยู่ห่างจาก เครื่องมือวัดคุณต้องพิจารณาปัจจัยต้านทานลวดเมื่อคำนวณลูปปัจจุบัน สายทองแดงมีความต้านทานกระแสตรงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาว ด้วยตัวส่งแรงดันในตัวอย่างนี้ คุณต้องคำนึงถึงความยาวสาย 2,000 ฟุตเมื่อกำหนดแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของแหล่งจ่ายไฟ ความต้านทานเชิงเส้นของสายเคเบิลทองแดงแกนเดียวคือ 2.62 Ω/100 ฟุต การบัญชีสำหรับการต่อต้านนี้ให้สิ่งต่อไปนี้:

ความต้านทานของเกลียวหนึ่งเส้นยาว 2,000 ฟุตจะเป็น 2,000 * 2.62 / 100 = 52.4 ม.
แรงดันตกคร่อมหนึ่งคอร์จะเท่ากับ 0.02 * 52.4 = 1.048 V.
ในการทำให้วงจรสมบูรณ์ จำเป็นต้องใช้สายไฟสองเส้น จากนั้นความยาวของสายสื่อสารจะเพิ่มเป็นสองเท่า และ
แรงดันไฟตกทั้งหมดจะเท่ากับ 2.096 โวลต์ ยอดรวมจะอยู่ที่ประมาณ 2.1 โวลต์ เนื่องจากตัวแปลงอยู่ห่างจากตัวรอง 2,000 ฟุต เมื่อรวมแรงดันตกที่องค์ประกอบทั้งหมดของวงจร เราจะได้:
2.096V + 12V+ 5V=19.096V

หากคุณใช้ 17 V เพื่อจ่ายไฟให้กับวงจรที่เป็นปัญหา แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับทรานสดิวเซอร์แรงดันจะต่ำกว่าแรงดันใช้งานขั้นต่ำเนื่องจากความต้านทานของสายไฟและตัวต้านทานแบบแบ่งลด การเลือกแหล่งจ่ายไฟ 24V ทั่วไปจะเป็นไปตามข้อกำหนดด้านพลังงานของอินเวอร์เตอร์ นอกจากนี้ยังมีระยะขอบของแรงดันไฟฟ้าเพื่อวางเซ็นเซอร์ความดันในระยะห่างที่มากขึ้น

ด้วยตัวเลือกที่เหมาะสมของทรานสดิวเซอร์ อุปกรณ์เก็บข้อมูล ความยาวสายเคเบิล และแหล่งจ่ายไฟ การออกแบบวงจรกระแสอย่างง่ายจึงสมบูรณ์ สำหรับการใช้งานที่ซับซ้อนมากขึ้น คุณสามารถรวมช่องทางการวัดเพิ่มเติมในระบบ

การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ปัจจุบันกับไมโครคอนโทรลเลอร์

เมื่อทำความคุ้นเคยกับพื้นฐานของทฤษฎีแล้ว เราสามารถไปยังประเด็นของการอ่าน การแปลง และการแสดงข้อมูลเป็นภาพได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราจะออกแบบมิเตอร์วัดกระแสไฟตรงแบบง่าย

เอาต์พุตแอนะล็อกของเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับช่อง ADC ช่องใดช่องหนึ่งของไมโครคอนโทรลเลอร์ การแปลงและการคำนวณที่จำเป็นทั้งหมดถูกนำไปใช้ในโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ ใช้ตัวบ่งชี้ LCD แบบ 2 บรรทัดเพื่อแสดงข้อมูล

โครงการทดลอง

สำหรับการทดลองกับเซ็นเซอร์ปัจจุบัน จำเป็นต้องประกอบโครงสร้างตามแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 8 สำหรับสิ่งนี้ ผู้เขียนใช้เขียงหั่นขนมและโมดูลที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ (รูปที่ 9)

โมดูลเซ็นเซอร์ปัจจุบัน ACS712-05B สามารถซื้อสำเร็จรูปได้ (ขายในราคาถูกมากบน eBay) หรือคุณจะทำเองก็ได้ ความจุของตัวเก็บประจุกรองถูกเลือกเท่ากับ 1 nF มีการติดตั้งตัวเก็บประจุแบบบล็อกที่ 0.1 μFบนแหล่งจ่ายไฟ เพื่อระบุการเปิดเครื่อง LED ที่มีตัวต้านทานดับจะถูกบัดกรี แหล่งจ่ายไฟและสัญญาณเอาท์พุตของเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับขั้วต่อที่ด้านหนึ่งของโมดูลบอร์ด ขั้วต่อ 2 พินสำหรับวัดกระแสไหลอยู่ที่ฝั่งตรงข้าม

สำหรับการทดลองเกี่ยวกับการวัดกระแส เราเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันคงที่แบบปรับได้กับขั้ววัดกระแสของเซ็นเซอร์ผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรม 2.7 โอห์ม / 2 W เอาต์พุตเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับพอร์ต RA0/AN0 (พิน 17) ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ไฟแสดงสถานะ LCD แบบอักขระสองบรรทัดเชื่อมต่อกับพอร์ต B ของไมโครคอนโทรลเลอร์และทำงานในโหมด 4 บิต

ไมโครคอนโทรลเลอร์ขับเคลื่อนโดย +5 V แรงดันไฟฟ้าเดียวกันถูกใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับ ADC การคำนวณและการแปลงที่จำเป็นจะดำเนินการในโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์

นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในกระบวนการแปลงแสดงไว้ด้านล่าง

ความไวของเซ็นเซอร์ปัจจุบัน Sens = 0.185 V/A ด้วยแหล่งจ่าย Vcc = 5 V และแรงดันอ้างอิง Vref = 5 V อัตราส่วนที่คำนวณได้จะเป็นดังนี้:

รหัสเอาต์พุต ADC

เพราะเหตุนี้

ส่งผลให้สูตรคำนวณกระแสเป็นดังนี้

โน๊ตสำคัญ. ความสัมพันธ์ข้างต้นขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าแรงดันไฟของแหล่งจ่ายและแรงดันอ้างอิงสำหรับ ADC คือ 5 V อย่างไรก็ตาม นิพจน์สุดท้ายที่เกี่ยวข้องกับกระแส I และรหัสเอาต์พุต ADC Count ยังคงใช้ได้แม้ว่าจะมีความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ สิ่งนี้ถูกกล่าวถึงในส่วนทฤษฎีของคำอธิบาย

จากนิพจน์สุดท้ายจะเห็นได้ว่าความละเอียดปัจจุบันของเซ็นเซอร์อยู่ที่ 26.4 mA ซึ่งสอดคล้องกับตัวอย่าง ADC 513 ตัวอย่างซึ่งเกินผลลัพธ์ที่คาดไว้ด้วยตัวอย่างเดียว ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าการดำเนินการนี้ไม่อนุญาตให้วัดกระแสขนาดเล็ก ในการเพิ่มความละเอียดและเพิ่มความไวเมื่อวัดกระแสต่ำ คุณจะต้องใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน ตัวอย่างของวงจรดังกล่าวแสดงในรูปที่ 10

โปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์

โปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC16F1847 เขียนด้วยภาษา C และคอมไพล์ในสภาพแวดล้อม mikroC Pro (mikroElektronika) ผลการวัดจะแสดงบนจอ LCD แบบสองบรรทัดโดยมีจุดทศนิยมสองตำแหน่งที่แม่นยำ

ทางออก

ด้วยกระแสอินพุตเป็นศูนย์ แรงดันเอาต์พุตของ ACS712 ควรเป็น Vcc/2 อย่างเคร่งครัด กล่าวคือ ควรอ่านหมายเลข 512 จาก ADC การเบี่ยงเบนของแรงดันเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ 4.9 mV ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในผลการแปลง 1 LSB ของ ADC (รูปที่ 11) (สำหรับ Vref = 5.0V ความละเอียดของ ADC 10 บิตจะเท่ากับ 5/1024=4.9mV) ซึ่งสอดคล้องกับกระแสอินพุต 26mA โปรดทราบว่าเพื่อลดผลกระทบของความผันผวน ขอแนะนำให้ทำการวัดหลายครั้งแล้วจึงหาค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์

หากแรงดันไฟขาออกของแหล่งจ่ายไฟควบคุมถูกตั้งไว้ที่ 1 V ผ่าน
ตัวต้านทานต้องมีกระแสประมาณ 370 mA ค่าปัจจุบันที่วัดได้ในการทดลองคือ 390 mA ซึ่งเกินผลลัพธ์ที่ถูกต้องโดยหนึ่งหน่วยของ LSB ของ ADC (รูปที่ 12)

รูปที่ 12.

ที่แรงดันไฟฟ้า 2 V ไฟแสดงสถานะจะแสดง 760 mA

นี่เป็นการสรุปการสนทนาของเราเกี่ยวกับเซ็นเซอร์กระแส ACS712 อย่างไรก็ตาม เราไม่ได้พูดถึงอีกประเด็นหนึ่ง จะใช้เซ็นเซอร์นี้ในการวัดกระแสสลับได้อย่างไร? โปรดทราบว่าเซ็นเซอร์ให้การตอบสนองทันทีที่สอดคล้องกับกระแสที่ไหลผ่านสายวัดทดสอบ หากกระแสไหลไปในทิศทางบวก (จากพิน 1 และ 2 ถึงพิน 3 และ 4) ความไวของเซ็นเซอร์จะเป็นค่าบวกและแรงดันเอาต์พุตจะมากกว่า Vcc/2 หากกระแสย้อนกลับ ความไวจะเป็นลบและแรงดันเอาต์พุตของเซ็นเซอร์จะลดลงต่ำกว่า Vcc/2 ซึ่งหมายความว่าเมื่อวัดสัญญาณ AC ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์จะต้องสุ่มตัวอย่างเร็วพอที่จะคำนวณกระแส RMS ได้

ดาวน์โหลด

ซอร์สโค้ดของโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์และไฟล์สำหรับเฟิร์มแวร์ -

ที่นี่ฉันแยกประเด็นสำคัญในทางปฏิบัติเช่นการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อุปนัยกับเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ซึ่งแพร่หลายในอุปกรณ์อุตสาหกรรมสมัยใหม่ นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำจริงสำหรับเซ็นเซอร์และลิงก์ไปยังตัวอย่าง

หลักการเปิดใช้งาน (การทำงาน) ของเซ็นเซอร์ในกรณีนี้อาจเป็นแบบใดก็ได้ - อุปนัย (การประมาณ) ออปติคัล (โฟโตอิเล็กทริก) เป็นต้น

ในส่วนแรก จะมีการอธิบายตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับเอาต์พุตเซ็นเซอร์ ไม่ควรมีปัญหาในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับหน้าสัมผัส (เอาต์พุตรีเลย์) และด้วยทรานซิสเตอร์และการเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ ทุกอย่างก็ไม่ใช่เรื่องง่าย

ไดอะแกรมการเชื่อมต่อสำหรับเซ็นเซอร์ PNP และ NPN

ความแตกต่างระหว่างเซ็นเซอร์ PNP และ NPN คือพวกมันสลับขั้วต่าง ๆ ของแหล่งพลังงาน PNP (จากคำว่า "บวก") สลับเอาต์พุตบวกของแหล่งจ่ายไฟ NPN - ลบ

ตัวอย่างเช่น ด้านล่างคือไดอะแกรมการเชื่อมต่อสำหรับเซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ โหลด - ตามกฎแล้วนี่คืออินพุตของคอนโทรลเลอร์

เซ็นเซอร์ โหลด (โหลด) เชื่อมต่ออย่างต่อเนื่องกับ "ลบ" (0V) แหล่งจ่ายไฟแบบแยก "1" (+V) จะถูกเปลี่ยนโดยทรานซิสเตอร์ เซ็นเซอร์ NO หรือ NC - ขึ้นอยู่กับวงจรควบคุม (วงจรหลัก)

เซ็นเซอร์ โหลด (โหลด) เชื่อมต่อกับ "บวก" (+V) อย่างต่อเนื่อง ที่นี่ระดับแอคทีฟ (ไม่ต่อเนื่อง “1”) ที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์นั้นต่ำ (0V) ในขณะที่โหลดถูกขับเคลื่อนผ่านทรานซิสเตอร์ที่เปิดอยู่

ฉันขอให้ทุกคนอย่าสับสนการทำงานของโครงร่างเหล่านี้จะอธิบายโดยละเอียดในภายหลัง

ไดอะแกรมด้านล่างแสดงโดยพื้นฐานแล้วเป็นสิ่งเดียวกัน เน้นที่ความแตกต่างในวงจรของเอาต์พุต PNP และ NPN

ไดอะแกรมการเชื่อมต่อสำหรับเอาต์พุตเซ็นเซอร์ NPN และ PNP

ที่รูปด้านซ้าย - เซ็นเซอร์พร้อมทรานซิสเตอร์เอาท์พุท NPN. มีการเปลี่ยนสายสามัญซึ่งในกรณีนี้คือลวดลบของแหล่งพลังงาน

ด้านขวา - เคสที่มีทรานซิสเตอร์ PNPที่ทางออก กรณีนี้เกิดขึ้นบ่อยที่สุดเนื่องจากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เป็นเรื่องปกติที่จะสร้างสายไฟเชิงลบของแหล่งพลังงาน และเปิดใช้งานอินพุตของตัวควบคุมและอุปกรณ์บันทึกอื่น ๆ ที่มีศักยภาพเชิงบวก

จะทดสอบเซ็นเซอร์อุปนัยได้อย่างไร?

ในการทำเช่นนี้คุณต้องใช้พลังงานนั่นคือเชื่อมต่อกับวงจร จากนั้น - เปิดใช้งาน (เริ่มต้น) มัน เมื่อเปิดใช้งาน ไฟแสดงสถานะจะสว่างขึ้น แต่ข้อบ่งชี้ไม่รับประกัน การทำงานที่ถูกต้องเซ็นเซอร์อุปนัย คุณต้องเชื่อมต่อโหลดและวัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจ 100%

การเปลี่ยนเซ็นเซอร์

ตามที่ผมเขียนไปนั้น โดยพื้นฐานแล้ว เซนเซอร์ที่มีเอาต์พุตทรานซิสเตอร์มี 4 ประเภท ซึ่งแบ่งตาม อุปกรณ์ภายในและแผนภาพการเดินสายไฟ:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN NO
• NPN NC

สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์ประเภทนี้ได้ทั้งหมด เช่น พวกเขาใช้แทนกันได้

มีการดำเนินการในลักษณะต่อไปนี้:

• การเปลี่ยนแปลงของอุปกรณ์เริ่มต้น - การออกแบบเปลี่ยนแปลงทางกลไก
• การเปลี่ยนรูปแบบที่มีอยู่สำหรับการเปิดเซ็นเซอร์
• การสลับประเภทของเอาต์พุตเซ็นเซอร์ (หากมีสวิตช์ดังกล่าวบนตัวเซ็นเซอร์)
• ตั้งโปรแกรมโปรแกรมใหม่ - เปลี่ยนระดับที่ใช้งาน ป้อนข้อมูล, การเปลี่ยนอัลกอริธึมของโปรแกรม

ด้านล่างนี้คือตัวอย่างวิธีการเปลี่ยนเซ็นเซอร์ PNP ด้วย NPN โดยเปลี่ยนแผนภาพการเดินสาย:

แผนการใช้แทนกันได้ของ PNP-NPN ด้านซ้ายเป็นแผนภาพต้นฉบับ ด้านขวาเป็นแผนภาพที่แก้ไขแล้ว

การทำความเข้าใจการทำงานของวงจรเหล่านี้จะช่วยให้ทราบว่าทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบหลักที่สามารถแสดงโดยหน้าสัมผัสรีเลย์ทั่วไป (ตัวอย่างอยู่ด้านล่างในสัญกรณ์)

แผนภาพจึงอยู่ทางซ้าย สมมติว่าประเภทเซ็นเซอร์คือ NO จากนั้น (โดยไม่คำนึงถึงประเภทของทรานซิสเตอร์ที่เอาต์พุต) เมื่อเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน "หน้าสัมผัส" ของเอาต์พุตจะเปิดขึ้นและไม่มีกระแสไหลผ่าน เมื่อเซ็นเซอร์ทำงาน หน้าสัมผัสจะถูกปิด โดยมีผลที่ตามมาทั้งหมด แม่นยำยิ่งขึ้นด้วยกระแสที่ไหลผ่านหน้าสัมผัสเหล่านี้)) กระแสไหลจะสร้างแรงดันตกคร่อมโหลด

โหลดภายในแสดงโดยเส้นประด้วยเหตุผล ตัวต้านทานนี้มีอยู่ แต่การมีอยู่ของมันไม่ได้รับประกันการทำงานที่มั่นคงของเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จะต้องเชื่อมต่อกับอินพุตของคอนโทรลเลอร์หรือโหลดอื่นๆ ความต้านทานของอินพุตนี้คือโหลดหลัก

หากไม่มีโหลดภายในในเซ็นเซอร์ และตัวสะสม "ลอยอยู่ในอากาศ" ก็จะเรียกว่า "วงจรตัวสะสมแบบเปิด" วงจรนี้ใช้งานได้กับโหลดที่เชื่อมต่อเท่านั้น

ดังนั้น ในวงจรที่มีเอาต์พุต PNP เมื่อเปิดใช้งาน แรงดันไฟฟ้า (+V) ผ่านทรานซิสเตอร์แบบเปิดจะเข้าสู่อินพุตของคอนโทรลเลอร์ และจะถูกเปิดใช้งาน จะบรรลุผลเช่นเดียวกันกับการเปิดตัว NPN ได้อย่างไร

มีสถานการณ์เมื่อ เซ็นเซอร์ที่ต้องการไม่อยู่ในมือ และเครื่องควรทำงาน "ตอนนี้"

เราดูการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบทางด้านขวา ประการแรกมีโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์เอาท์พุทของเซ็นเซอร์ สำหรับสิ่งนี้ ตัวต้านทานเพิ่มเติมจะถูกเพิ่มเข้าไปในวงจร ความต้านทานมักจะอยู่ที่ 5.1 - 10 kOhm ตอนนี้ เมื่อเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน แรงดันไฟฟ้า (+V) จะถูกส่งไปยังอินพุตของคอนโทรลเลอร์ผ่านตัวต้านทานเพิ่มเติม และอินพุตของคอนโทรลเลอร์จะเปิดใช้งาน เมื่อเซ็นเซอร์ทำงาน จะมีค่า "0" ที่ไม่ต่อเนื่องที่อินพุตของคอนโทรลเลอร์ เนื่องจากอินพุตของคอนโทรลเลอร์ถูกแบ่งโดยทรานซิสเตอร์ NPN แบบเปิด และกระแสของตัวต้านทานเพิ่มเติมเกือบทั้งหมดจะไหลผ่านทรานซิสเตอร์นี้

ในกรณีนี้ มีการปรับเฟสการทำงานของเซ็นเซอร์ใหม่ แต่เซ็นเซอร์ทำงานในโหมดและตัวควบคุมได้รับข้อมูล ในกรณีส่วนใหญ่ก็เพียงพอแล้ว ตัวอย่างเช่น ในโหมดนับชีพจร - มาตรวามเร็วหรือจำนวนช่องว่าง

ใช่ ไม่ใช่สิ่งที่เราต้องการอย่างแน่นอน และแผนความสามารถในการเปลี่ยนแทนกันได้สำหรับเซ็นเซอร์ npn และ pnp นั้นไม่เป็นที่ยอมรับเสมอไป

ทำอย่างไรถึงจะได้ฟังก์ชั่นเต็มรูปแบบ? วิธีที่ 1 - เคลื่อนย้ายหรือสร้างแผ่นโลหะ (ตัวกระตุ้น) โดยอัตโนมัติ หรือช่องว่างแสง ถ้าเรากำลังพูดถึงออปติคัลเซนเซอร์ วิธีที่ 2 - ตั้งโปรแกรมอินพุตคอนโทรลเลอร์ใหม่เพื่อให้ "0" แบบไม่ต่อเนื่องเป็นสถานะแอ็คทีฟของคอนโทรลเลอร์ และ "1" เป็นแบบพาสซีฟ หากคุณมีแล็ปท็อปอยู่ในมือ วิธีที่สองนั้นทั้งเร็วและง่ายกว่า

สัญลักษณ์พร็อกซิมิตีเซ็นเซอร์

บน แผนภาพวงจรเซ็นเซอร์อุปนัย (เซ็นเซอร์ความใกล้ชิด) ถูกกำหนดแตกต่างกัน แต่สิ่งสำคัญคือมีสี่เหลี่ยมจัตุรัสหมุน 45 องศาและมีเส้นแนวตั้งสองเส้นอยู่ในนั้น ดังในไดอะแกรมด้านล่าง

ไม่มีเซ็นเซอร์ NC แผนการหลัก

บนไดอะแกรมด้านบนมีหน้าสัมผัสเปิดตามปกติ (NO) (ทำเครื่องหมายตามเงื่อนไขเป็นทรานซิสเตอร์ PNP) ปกติวงจรที่สองจะปิด และวงจรที่สามเป็นหน้าสัมผัสทั้งคู่ในเรือนเดียว

การเข้ารหัสสีของเอาต์พุตเซ็นเซอร์

มีระบบการทำเครื่องหมายเซ็นเซอร์มาตรฐาน ผู้ผลิตทั้งหมดในปัจจุบันปฏิบัติตาม

อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อถูกต้องก่อนการติดตั้งจะมีประโยชน์ โดยอ้างอิงจากคู่มือการเชื่อมต่อ (คำแนะนำ) นอกจากนี้ตามกฎแล้วสีของสายไฟจะถูกระบุบนตัวเซ็นเซอร์เองหากขนาดของมันอนุญาต

นี่คือเครื่องหมาย

• สีน้ำเงิน (สีน้ำเงิน) - กำลังลบ
• สีน้ำตาล (สีน้ำตาล) - Plus
• สีดำ (สีดำ) - Exit
• สีขาว (สีขาว) - เอาต์พุตที่สองหรืออินพุตควบคุมคุณต้องดูคำแนะนำ

ระบบกำหนดเซ็นเซอร์อุปนัย

ประเภทของเซ็นเซอร์จะแสดงด้วยรหัสตัวอักษรและตัวเลขที่เข้ารหัสพารามิเตอร์หลักของเซ็นเซอร์ ด้านล่างนี้คือระบบการติดฉลากสำหรับเกจ Autonics ยอดนิยม

ดาวน์โหลดคำแนะนำและคู่มือสำหรับเซ็นเซอร์อุปนัยบางประเภท:เจอกันในงาน

ขอขอบคุณทุกท่านที่ให้ความสนใจ ฉันกำลังรอคำถามเกี่ยวกับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ในความคิดเห็น!

เซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมที่มีเอาต์พุตกระแสรวม 4-20, 0-50 หรือ 0-20 mA สามารถมีได้ แบบแผนต่างๆการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์รอง เซ็นเซอร์สมัยใหม่ที่มีการใช้พลังงานต่ำและเอาต์พุตปัจจุบัน 4-20 mA มักเชื่อมต่อในวงจรสองสาย นั่นคือเซ็นเซอร์ดังกล่าวเชื่อมต่อกับสายเคเบิลเพียงเส้นเดียวที่มีสายไฟสองเส้นซึ่งเซ็นเซอร์นี้ได้รับพลังงานและการส่งจะดำเนินการผ่านสายไฟสองเส้นเดียวกัน

โดยปกติ เซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุต 4-20 mA และการเชื่อมต่อแบบสองสายจะมีเอาต์พุตแบบพาสซีฟและต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกเพื่อทำงาน แหล่งจ่ายไฟนี้สามารถสร้างขึ้นในอุปกรณ์รองได้โดยตรง (ในอินพุต) และเมื่อเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ดังกล่าว กระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในวงจรสัญญาณทันที อุปกรณ์ที่มีแหล่งจ่ายไฟสำหรับเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งอยู่ในอินพุตนั้นเรียกว่าอุปกรณ์ที่มีอินพุตแบบแอ็คทีฟ

อุปกรณ์รองและตัวควบคุมที่ทันสมัยส่วนใหญ่มีแหล่งจ่ายไฟในตัวเพื่อทำงานกับเซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุตแบบพาสซีฟ

หากอุปกรณ์รองมีอินพุตแบบพาสซีฟ - อันที่จริงแล้วเป็นเพียงตัวต้านทานซึ่งวงจรการวัดของอุปกรณ์ "อ่าน" แรงดันไฟฟ้าตกตามสัดส่วนกับกระแสที่ไหลในวงจร จำเป็นต้องมีเพิ่มเติมเพื่อให้เซ็นเซอร์ทำงาน แหล่งจ่ายไฟภายนอกในกรณีนี้เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเซ็นเซอร์และอุปกรณ์รองเพื่อตัดวงจรปัจจุบัน

เครื่องมือรองมักจะได้รับการออกแบบและผลิตในลักษณะที่สามารถเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ 4-20 mA แบบสองสายและเซ็นเซอร์ 0-5, 0-20 หรือ 4-20 mA ที่เชื่อมต่อในวงจรสามสาย ในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์สองสายกับอินพุตของอุปกรณ์รองที่มีขั้วต่ออินพุตสามขั้ว (+U อินพุตและขั้วต่อร่วม) ขั้วต่อ "+U" และ "อินพุต" จะถูกใช้ เทอร์มินัล "ทั่วไป" จะยังคงว่างอยู่

เนื่องจากเซนเซอร์ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ไม่เพียงแต่จะมีเอาต์พุต 4-20 mA แต่เช่น 0-5 หรือ 0-20 mA หรือไม่สามารถเชื่อมต่อในวงจรสองสายได้เนื่องจากมีขนาดใหญ่ การใช้พลังงาน (มากกว่า 3 mA) จากนั้นใช้รูปแบบการเชื่อมต่อสามสาย ในกรณีนี้ วงจรจ่ายเซ็นเซอร์และวงจรสัญญาณเอาท์พุตจะถูกแยกออกจากกัน เซ็นเซอร์สามสายมักจะมีเอาต์พุตที่ใช้งานอยู่ นั่นคือถ้าคุณใช้แรงดันไฟฟ้ากับเซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุตที่ใช้งานอยู่และเชื่อมต่อความต้านทานโหลดระหว่างขั้วเอาท์พุท "เอาต์พุต" และ "ทั่วไป" สัดส่วนปัจจุบันกับค่าของพารามิเตอร์ที่วัดได้จะทำงานในวงจรเอาท์พุท .

อุปกรณ์รองมักจะมีแหล่งจ่ายไฟในตัวที่ค่อนข้างใช้พลังงานต่ำสำหรับจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ กระแสไฟขาออกสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟในตัวมักจะอยู่ในช่วง 22-50 mA ซึ่งไม่เพียงพอต่อการจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ที่มีการใช้พลังงานสูงเสมอไป เช่น เครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรด เป็นต้น ในกรณีนี้ ในการจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์แบบสามสาย คุณต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกที่ทรงพลังกว่าซึ่งให้พลังงานที่จำเป็น ไม่ได้ใช้งานแหล่งจ่ายไฟที่ติดตั้งในอุปกรณ์รอง

วงจรที่คล้ายกันสำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์สามสายมักใช้เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานที่ติดตั้งในอุปกรณ์ไม่ตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่สามารถจ่ายให้กับเซ็นเซอร์นี้ได้ ตัวอย่างเช่น แหล่งจ่ายไฟในตัวมีแรงดันเอาต์พุต 24V และเซ็นเซอร์สามารถจ่ายไฟได้ตั้งแต่ 10 ถึง 16V

อุปกรณ์รองบางตัวอาจมีช่องสัญญาณอินพุตหลายช่องและมีแหล่งจ่ายไฟที่ทรงพลังเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ภายนอก ต้องจำไว้ว่าการใช้พลังงานทั้งหมดของเซ็นเซอร์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์หลายช่องสัญญาณดังกล่าวจะต้องน้อยกว่าพลังงานของแหล่งพลังงานในตัวที่ออกแบบมาเพื่อจ่ายไฟ นอกจากนี้ จากการศึกษาลักษณะทางเทคนิคของอุปกรณ์ จำเป็นต้องแยกแยะวัตถุประสงค์ของแหล่งจ่ายไฟ (แหล่งที่มา) ที่ติดตั้งไว้อย่างชัดเจน แหล่งพลังงานในตัวหนึ่งแหล่งใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์สำรอง - สำหรับการทำงานของจอแสดงผลและไฟแสดงสถานะ รีเลย์เอาต์พุต วงจรอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ ฯลฯ แหล่งจ่ายไฟนี้สามารถมีพลังงานได้ค่อนข้างมาก แหล่งสัญญาณในตัวที่สองใช้สำหรับจ่ายไฟเฉพาะวงจรอินพุต - เชื่อมต่อกับอินพุตเซ็นเซอร์

ก่อนเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับอุปกรณ์รอง คุณควรศึกษาคู่มือการใช้งานของอุปกรณ์นี้อย่างละเอียด กำหนดประเภทของอินพุตและเอาต์พุต (แอ็คทีฟ / พาสซีฟ) ตรวจสอบความสอดคล้องระหว่างพลังงานที่เซ็นเซอร์ใช้ไปและกำลังของแหล่งพลังงาน (ในตัวหรือภายนอก) และหลังจากนั้นให้ทำการเชื่อมต่อ การกำหนดจริงของขั้วอินพุตและเอาต์พุตของเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อาจแตกต่างจากที่ระบุข้างต้น ดังนั้นเทอร์มินัล "In (+)" และ "In (-)" สามารถกำหนดได้ +J และ -J, +4-20 และ -4-20, +In และ -In เป็นต้น เทอร์มินัล "+U supply" สามารถกำหนดเป็น +V, Supply, +24V ฯลฯ เทอร์มินัล "เอาต์พุต" - Out, Sign, Jout, 4-20 mA ฯลฯ เทอร์มินัล "ทั่วไป" - GND , -24V, 0V เป็นต้น แต่ความหมายนี้ไม่ได้เปลี่ยน

เซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุตปัจจุบันที่มีรูปแบบการเชื่อมต่อแบบสี่สายมีรูปแบบการเชื่อมต่อที่คล้ายคลึงกันกับเซ็นเซอร์แบบสองสาย โดยมีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวที่เซ็นเซอร์แบบสี่สายนั้นใช้พลังงานจากคู่สายที่แยกจากกัน นอกจากนี้เซ็นเซอร์สี่สายอาจมีทั้งคู่ซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาเมื่อเลือกแผนภาพการเดินสาย