เซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุตกระแสไฟรวม 4-20, 0-50 หรือ 0-20 mA ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม สามารถมีรูปแบบการเชื่อมต่อที่หลากหลายกับอุปกรณ์รอง เซ็นเซอร์สมัยใหม่ที่มีการใช้พลังงานต่ำและเอาต์พุตปัจจุบัน 4-20 mA มักเชื่อมต่อในวงจรสองสาย นั่นคือเซ็นเซอร์ดังกล่าวเชื่อมต่อกับสายเคเบิลเพียงเส้นเดียวที่มีสายไฟสองเส้นซึ่งเซ็นเซอร์นี้ได้รับพลังงานและการส่งจะดำเนินการผ่านสายไฟสองเส้นเดียวกัน
ตามกฎแล้ว เซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุต 4-20 mA และการเชื่อมต่อแบบสองสายจะมีเอาต์พุตแบบพาสซีฟและต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกเพื่อทำงาน แหล่งจ่ายไฟนี้สามารถสร้างได้โดยตรงในอุปกรณ์รอง (ในอินพุต) และเมื่อเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ดังกล่าว กระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในวงจรสัญญาณทันที อุปกรณ์ที่มีแหล่งจ่ายไฟสำหรับเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งอยู่ในอินพุตนั้นเรียกว่าอุปกรณ์ที่มีอินพุตแบบแอ็คทีฟ
อุปกรณ์รองและตัวควบคุมที่ทันสมัยส่วนใหญ่มีแหล่งจ่ายไฟในตัวเพื่อทำงานกับเซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุตแบบพาสซีฟ
หากอุปกรณ์รองมีอินพุตแบบพาสซีฟ - อันที่จริงแล้วเป็นเพียงตัวต้านทานซึ่งวงจรการวัดของอุปกรณ์ "อ่าน" แรงดันไฟฟ้าตกตามสัดส่วนกับกระแสที่ไหลในวงจร จำเป็นต้องมีเพิ่มเติมเพื่อให้เซ็นเซอร์ทำงาน แหล่งจ่ายไฟภายนอกในกรณีนี้เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเซ็นเซอร์และอุปกรณ์รองเพื่อตัดวงจรปัจจุบัน
เครื่องมือรองมักจะได้รับการออกแบบและผลิตในลักษณะที่สามารถเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ 4-20 mA สองสายและเซ็นเซอร์ 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 วงจรจ่ายเซ็นเซอร์และวงจรสัญญาณเอาท์พุตจะแยกจากกัน เซนเซอร์ที่มีการเชื่อมต่อแบบสามสายมักจะมีเอาต์พุตที่ใช้งานอยู่ นั่นคือถ้าคุณใช้แรงดันไฟฟ้ากับเซ็นเซอร์ที่มีเอาต์พุตที่ใช้งานอยู่และเชื่อมต่อความต้านทานโหลดระหว่างขั้วเอาท์พุท "เอาต์พุต" และ "ทั่วไป" สัดส่วนปัจจุบันกับค่าของพารามิเตอร์ที่วัดได้จะทำงานในวงจรเอาท์พุท .
อุปกรณ์รองมักจะมีแหล่งจ่ายไฟในตัวที่ค่อนข้างใช้พลังงานต่ำสำหรับจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ กระแสไฟขาออกสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟในตัวมักจะอยู่ในช่วง 22-50 mA ซึ่งไม่เพียงพอต่อการจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ที่มีการใช้พลังงานสูงเสมอไป เช่น เครื่องวัดอัตราการไหลของแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องวิเคราะห์ก๊าซอินฟราเรด เป็นต้น ในกรณีนี้ ในการจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์แบบสามสาย คุณต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอกที่ทรงพลังกว่าซึ่งให้พลังงานที่จำเป็น ไม่ได้ใช้งานแหล่งจ่ายไฟที่ติดตั้งในอุปกรณ์สำรอง
วงจรที่คล้ายกันสำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์สามสายมักใช้เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงานที่ติดตั้งในอุปกรณ์ไม่ตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่สามารถจ่ายให้กับเซ็นเซอร์นี้ได้ ตัวอย่างเช่น แหล่งจ่ายไฟในตัวมีแรงดันเอาต์พุต 24V และเซ็นเซอร์สามารถจ่ายไฟได้ตั้งแต่ 10 ถึง 16V
อุปกรณ์รองบางตัวอาจมีช่องสัญญาณอินพุตหลายช่องและแหล่งจ่ายไฟที่ทรงพลังเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับเซ็นเซอร์ภายนอก ต้องจำไว้ว่าการใช้พลังงานทั้งหมดของเซ็นเซอร์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์หลายช่องสัญญาณดังกล่าวจะต้องน้อยกว่าพลังงานของแหล่งพลังงานในตัวที่ออกแบบมาเพื่อจ่ายไฟ นอกจากนี้ จากการศึกษาลักษณะทางเทคนิคของอุปกรณ์ จำเป็นต้องแยกแยะวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์จ่ายไฟ (แหล่งที่มา) ที่ติดตั้งไว้อย่างชัดเจน แหล่งพลังงานในตัวหนึ่งแหล่งใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์สำรอง - สำหรับการทำงานของจอแสดงผลและไฟแสดงสถานะ รีเลย์เอาต์พุต วงจรอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ ฯลฯ แหล่งจ่ายไฟนี้สามารถมีพลังงานได้ค่อนข้างมาก แหล่งสัญญาณในตัวที่สองใช้สำหรับจ่ายไฟเฉพาะวงจรอินพุต - เชื่อมต่อกับอินพุตเซ็นเซอร์
ก่อนเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับอุปกรณ์รอง คุณควรศึกษาคู่มือการใช้งานของอุปกรณ์นี้อย่างละเอียด กำหนดประเภทของอินพุตและเอาต์พุต (แอ็คทีฟ / พาสซีฟ) ตรวจสอบความสอดคล้องระหว่างพลังงานที่เซ็นเซอร์ใช้ไปและกำลังของแหล่งพลังงาน (ในตัวหรือภายนอก) และหลังจากนั้นให้ทำการเชื่อมต่อ การกำหนดที่แท้จริงของเทอร์มินัลอินพุตและเอาต์พุตของเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อาจแตกต่างจากที่ระบุข้างต้น 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 นอกจากนี้เซ็นเซอร์สี่สายอาจมีทั้งคู่ซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาเมื่อเลือกรูปแบบการเชื่อมต่อ
ในกระบวนการอัตโนมัติของกระบวนการทางเทคโนโลยีสำหรับการควบคุมกลไกและหน่วย เราต้องจัดการกับการวัดปริมาณทางกายภาพต่างๆ ซึ่งอาจเป็นอุณหภูมิ ความดันและการไหลของของเหลวหรือก๊าซ ความเร็วในการหมุน ความเข้มของแสง ข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของชิ้นส่วนของกลไก และอื่นๆ อีกมากมาย ข้อมูลนี้ได้มาจากการใช้เซ็นเซอร์ ก่อนอื่นเกี่ยวกับตำแหน่งของส่วนต่าง ๆ ของกลไก
เซ็นเซอร์แบบแยกส่วน
เซ็นเซอร์ที่ง่ายที่สุดคือหน้าสัมผัสทางกลทั่วไป: ประตูเปิด - หน้าสัมผัสเปิด ปิด - ปิด เซ็นเซอร์ธรรมดาเช่นเดียวกับอัลกอริธึมการทำงานข้างต้นบ่อยครั้ง สำหรับกลไกที่มีการเคลื่อนที่แบบแปลนซึ่งมีสองตำแหน่ง เช่น วาล์วน้ำ คุณจะต้องมีหน้าสัมผัสสองตัวอยู่แล้ว: หน้าสัมผัสหนึ่งปิด - วาล์วปิด อีกตัวปิด - ปิดอยู่
อัลกอริธึมการเคลื่อนที่แบบแปลนที่ซับซ้อนมากขึ้นมีกลไกในการปิดแม่พิมพ์ของเครื่องฉีดขึ้นรูป ในขั้นต้น แม่พิมพ์เปิด นี่คือตำแหน่งเริ่มต้น ในตำแหน่งนี้ ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะถูกลบออกจากแม่พิมพ์ ถัดไป ผู้ปฏิบัติงานปิดรั้วป้องกันและแม่พิมพ์เริ่มปิด รอบการทำงานใหม่เริ่มต้นขึ้น
ระยะห่างระหว่างครึ่งหนึ่งของแม่พิมพ์ค่อนข้างใหญ่ ดังนั้น ในตอนแรก แม่พิมพ์จะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว และในระยะทางหนึ่งก่อนที่ส่วนต่างๆ จะปิดลง ลิมิตสวิตช์จะทำงาน ความเร็วในการเคลื่อนที่จะลดลงอย่างมาก และแม่พิมพ์จะปิดอย่างราบรื่น
อัลกอริธึมดังกล่าวจะหลีกเลี่ยงการกระแทกเมื่อปิดแม่พิมพ์ ไม่เช่นนั้น ก็สามารถแยกออกเป็นชิ้นเล็กๆ ได้ การเปลี่ยนแปลงความเร็วแบบเดียวกันเกิดขึ้นเมื่อเปิดแม่พิมพ์ ที่นี่มีเซ็นเซอร์สัมผัสสองตัวที่ขาดไม่ได้
ดังนั้น เซนเซอร์แบบสัมผัสเป็นแบบแยกส่วนหรือแบบไบนารี มีสองตำแหน่ง ปิด - เปิด หรือ 1 และ 0 กล่าวอีกนัยหนึ่ง คุณสามารถพูดได้ว่ามีเหตุการณ์เกิดขึ้นหรือไม่ ในตัวอย่างข้างต้น ผู้ติดต่อ "จับได้" หลายจุด: จุดเริ่มต้นของการเคลื่อนไหว จุดลดความเร็ว จุดสิ้นสุดของการเคลื่อนไหว
ในเรขาคณิต จุดไม่มีมิติ ก็แค่จุด แค่นั้นเอง อาจเป็นได้ (บนแผ่นกระดาษ ในวิถี ในกรณีของเรา) หรือไม่มีอยู่จริง ดังนั้นจึงใช้เซ็นเซอร์แยกเพื่อตรวจจับจุด อาจเป็นไปได้ว่าการเปรียบเทียบกับจุดหนึ่งไม่เหมาะสมนักในที่นี้ เพราะสำหรับวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ จะใช้ความแม่นยำของเซ็นเซอร์แบบแยกส่วน และความแม่นยำนี้มากกว่าจุดเรขาคณิตมาก
แต่ในตัวเอง การสัมผัสทางกลเป็นสิ่งที่ไม่น่าเชื่อถือ ดังนั้น หากเป็นไปได้ หน้าสัมผัสทางกลจะถูกแทนที่ด้วยเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัส ตัวเลือกที่ง่ายที่สุดคือสวิตช์กก: แม่เหล็กเข้าใกล้หน้าสัมผัสจะปิด ความแม่นยำของการทำงานของสวิตช์กกทำให้ไม่เป็นที่ต้องการมากนักเซ็นเซอร์ดังกล่าวใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งของประตูเท่านั้น
ตัวเลือกที่ซับซ้อนและแม่นยำยิ่งขึ้นควรพิจารณาเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสหลายตัว หากธงโลหะเข้าไปในช่อง แสดงว่าเซ็นเซอร์ทำงาน เซ็นเซอร์ BVK (Proximity Limit Switch) ของซีรีส์ต่างๆ สามารถอ้างถึงเป็นตัวอย่างของเซ็นเซอร์ดังกล่าวได้ ความแม่นยำในการตอบสนอง (ความแตกต่างของจังหวะ) ของเซ็นเซอร์ดังกล่าวคือ 3 มิลลิเมตร
รูปที่ 1 เซ็นเซอร์ BVK ซีรีส์
แรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ BVK คือ 24V กระแสโหลดคือ 200mA ซึ่งเพียงพอสำหรับเชื่อมต่อรีเลย์ระดับกลางเพื่อการประสานงานเพิ่มเติมกับวงจรควบคุม นี่คือวิธีการใช้เซ็นเซอร์ BVK ในอุปกรณ์ต่างๆ
นอกจากเซ็นเซอร์ BVK แล้ว ยังใช้เซ็นเซอร์ประเภท BTP, KVP, PIP, KVD, PISCH ด้วย แต่ละชุดมีเซ็นเซอร์หลายประเภท ระบุด้วยตัวเลข เช่น BTP-101, BTP-102, BTP-103, BTP-211
เซ็นเซอร์ที่กล่าวถึงทั้งหมดเป็นแบบแยกส่วนแบบไม่สัมผัส จุดประสงค์หลักคือเพื่อกำหนดตำแหน่งของชิ้นส่วนของกลไกและส่วนประกอบ เซ็นเซอร์เหล่านี้มีอยู่มากมายตามธรรมชาติ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะเขียนเกี่ยวกับเซ็นเซอร์เหล่านี้ทั้งหมดในบทความเดียว เซ็นเซอร์สัมผัสต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปและยังคงใช้กันอย่างแพร่หลาย
การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์อนาล็อก
นอกจากเซ็นเซอร์แบบแยกส่วนแล้ว เซ็นเซอร์อะนาล็อกยังใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติ จุดประสงค์ของพวกเขาคือเพื่อให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณทางกายภาพต่างๆ ไม่ใช่แค่โดยทั่วไป แต่เป็นแบบเรียลไทม์ แม่นยำยิ่งขึ้น การแปลงปริมาณทางกายภาพ (ความดัน อุณหภูมิ การส่องสว่าง การไหล แรงดันไฟ กระแส) เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับการส่งสัญญาณผ่านสายการสื่อสารไปยังตัวควบคุมและการประมวลผลต่อไป
เซ็นเซอร์อะนาล็อกมักจะอยู่ห่างจากคอนโทรลเลอร์ค่อนข้างมาก ด้วยเหตุนี้จึงมักถูกเรียกว่า อุปกรณ์ภาคสนาม. คำนี้มักใช้ในวรรณกรรมทางเทคนิค
เซ็นเซอร์อะนาล็อกมักจะประกอบด้วยหลายส่วน ส่วนที่สำคัญที่สุดคือองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อน - เซ็นเซอร์. โดยมีวัตถุประสงค์คือเพื่อแปลงค่าที่วัดได้เป็นสัญญาณไฟฟ้า แต่สัญญาณที่ได้รับจากเซ็นเซอร์มักจะมีขนาดเล็ก เพื่อให้ได้สัญญาณที่เหมาะสมสำหรับการขยายสัญญาณ เซ็นเซอร์มักจะรวมอยู่ในวงจรบริดจ์ - สะพานวีตสโตน.
รูปที่ 2 สะพานวีทสโตน
จุดประสงค์ดั้งเดิมของวงจรบริดจ์คือการวัดความต้านทานอย่างแม่นยำ แหล่งจ่าย DC เชื่อมต่อกับเส้นทแยงมุมของสะพาน AD กัลวาโนมิเตอร์ที่มีความละเอียดอ่อนซึ่งมีจุดกึ่งกลาง โดยมีศูนย์อยู่ตรงกลางของมาตราส่วน เชื่อมต่อกับอีกเส้นทแยงมุม ในการวัดความต้านทานของตัวต้านทาน Rx โดยการหมุนตัวต้านทานปรับ R2 สะพานควรมีความสมดุล เข็มกัลวาโนมิเตอร์ควรตั้งไว้ที่ศูนย์
การเบี่ยงเบนของลูกศรของอุปกรณ์ในทิศทางเดียวหรืออย่างอื่นช่วยให้คุณกำหนดทิศทางการหมุนของตัวต้านทาน R2 ค่าความต้านทานที่วัดได้จะถูกกำหนดโดยสเกล รวมกับที่จับของตัวต้านทาน R2 สภาวะสมดุลของบริดจ์คือความเท่าเทียมกันของอัตราส่วน R1/R2 และ Rx/R3 ในกรณีนี้ จะได้ค่าความต่างศักย์เป็นศูนย์ระหว่างจุด BC และไม่มีกระแสไหลผ่านกัลวาโนมิเตอร์ V
เลือกความต้านทานของตัวต้านทาน R1 และ R3 ได้อย่างแม่นยำมาก การแพร่กระจายควรน้อยที่สุด เฉพาะในกรณีนี้ แม้แต่ความไม่สมดุลเล็กน้อยของสะพานก็ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดในแรงดันไฟฟ้าของเส้นทแยงมุม BC เป็นคุณสมบัติของสะพานที่ใช้เชื่อมต่อองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อน (เซ็นเซอร์) ของเซ็นเซอร์อะนาล็อกต่างๆ ถ้าอย่างนั้นทุกอย่างก็ง่ายเรื่องของเทคโนโลยี
ในการใช้สัญญาณที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ จำเป็นต้องมีการประมวลผลเพิ่มเติม - การขยายและแปลงเป็นสัญญาณเอาท์พุตที่เหมาะสมสำหรับการส่งและการประมวลผลโดยวงจรควบคุม - ตัวควบคุม. ส่วนใหญ่แล้วสัญญาณเอาท์พุตของเซ็นเซอร์อนาล็อกเป็นกระแส (ลูปกระแสแอนะล็อก) แรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า
ทำไมถึงเป็นปัจจุบัน? ความจริงก็คือระยะเอาท์พุตของเซ็นเซอร์แอนะล็อกขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาปัจจุบัน สิ่งนี้ช่วยให้คุณกำจัดอิทธิพลของความต้านทานของสายเชื่อมต่อบนสัญญาณเอาต์พุตเพื่อใช้สายเชื่อมต่อที่มีความยาวมาก
การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมนั้นค่อนข้างง่าย สัญญาณปัจจุบันจะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าซึ่งเพียงพอที่จะส่งกระแสผ่านตัวต้านทานที่รู้จัก แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานการวัดได้มาจากกฎของโอห์ม U=I*R
ตัวอย่างเช่น สำหรับกระแส 10 mA บนตัวต้านทาน 100 โอห์ม แรงดันไฟฟ้าจะเป็น 10 * 100 = 1,000 mV เท่ากับ 1 โวลต์ทั้งหมด! ในกรณีนี้ กระแสไฟขาออกของเซนเซอร์ไม่ขึ้นกับความต้านทานของสายไฟที่เชื่อมต่อ ภายในขอบเขตที่สมเหตุสมผลแน่นอน
การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อนาล็อก
แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากตัวต้านทานการวัดจะถูกแปลงให้อยู่ในรูปแบบดิจิทัลซึ่งเหมาะสำหรับอินพุตในคอนโทรลเลอร์ การแปลงเสร็จสิ้นด้วย ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล ADC.
ข้อมูลดิจิตอลจะถูกส่งไปยังคอนโทรลเลอร์ด้วยรหัสซีเรียลหรือขนาน ทุกอย่างขึ้นอยู่กับรูปแบบการสลับเฉพาะ แผนภาพการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์แอนะล็อกแบบง่ายจะแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อนาล็อก (คลิกที่ภาพเพื่อขยาย)
แอคทูเอเตอร์เชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ หรือคอนโทรลเลอร์เองก็เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ที่รวมอยู่ในระบบอัตโนมัติ
โดยธรรมชาติแล้ว เซ็นเซอร์อะนาล็อกมีการออกแบบที่สมบูรณ์ หนึ่งในองค์ประกอบคือตัวเรือนที่มีองค์ประกอบเชื่อมต่อ ตัวอย่างเช่น รูปที่ 4 แสดงลักษณะที่ปรากฏของเซ็นเซอร์แรงดันเกินของประเภท Zond-10
รูปที่ 4 เซ็นเซอร์แรงดันเกิน Zond-10
ที่ด้านล่างของเซนเซอร์ คุณจะเห็นเกลียวเชื่อมต่อสำหรับเชื่อมต่อกับไปป์ไลน์ และทางด้านขวา ใต้ฝาครอบสีดำ มีขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อสายการสื่อสารกับคอนโทรลเลอร์
ข้อต่อเกลียวถูกปิดผนึกด้วยวงแหวนทองแดงอบอ่อน (ให้มาพร้อมกับเซ็นเซอร์) และไม่ใช้เทปกาวหรือผ้าลินิน สิ่งนี้ทำเพื่อที่ว่าเมื่อติดตั้งเซ็นเซอร์ องค์ประกอบเซ็นเซอร์ที่อยู่ภายในจะไม่เสียรูป
เอาต์พุตเซ็นเซอร์อะนาล็อก
ตามมาตรฐาน สัญญาณปัจจุบันมีสามช่วง: 0…5mA, 0…20mA และ 4…20mA อะไรคือความแตกต่างและคุณสมบัติอะไร?
ส่วนใหญ่แล้ว การพึ่งพากระแสเอาต์พุตจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าที่วัดได้ ตัวอย่างเช่น ยิ่งความดันในท่อสูงขึ้น กระแสที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ก็จะยิ่งมากขึ้น แม้ว่าบางครั้งจะใช้การเชื่อมต่อแบบผกผัน: ค่าที่มากขึ้นของกระแสเอาต์พุตจะสอดคล้องกับค่าต่ำสุดของค่าที่วัดได้ที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับประเภทของคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ เซ็นเซอร์บางตัวยังเปลี่ยนจากสัญญาณตรงเป็นสัญญาณผกผัน
สัญญาณเอาท์พุตในช่วง 0...5mA มีขนาดเล็กมาก ดังนั้นจึงไวต่อสัญญาณรบกวน หากสัญญาณของเซ็นเซอร์ดังกล่าวผันผวนด้วยค่าคงที่ของพารามิเตอร์ที่วัดได้ แนะนำให้ติดตั้งตัวเก็บประจุที่มีความจุ 0.1 ... 1 μF ควบคู่ไปกับเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ มีเสถียรภาพมากขึ้นคือสัญญาณปัจจุบันในช่วง 0…20mA
แต่ช่วงทั้งสองนี้ไม่ดีเพราะค่าศูนย์ที่จุดเริ่มต้นของมาตราส่วนไม่อนุญาตให้คุณระบุสิ่งที่เกิดขึ้นได้อย่างชัดเจน หรือสัญญาณที่วัดได้เกิดขึ้นที่ระดับศูนย์จริง ๆ ซึ่งเป็นไปได้โดยหลักการหรือสายสื่อสารขาดง่าย? ดังนั้นพวกเขาจึงพยายามปฏิเสธการใช้ช่วงเหล่านี้หากเป็นไปได้
สัญญาณของเซ็นเซอร์อะนาล็อกที่มีกระแสเอาต์พุตอยู่ในช่วง 4 ... 20 mA ถือว่าเชื่อถือได้มากกว่า ภูมิคุ้มกันเสียงของมันค่อนข้างสูงและขีด จำกัด ล่างแม้ว่าสัญญาณที่วัดได้จะมีระดับเป็นศูนย์จะเป็น 4mA ซึ่งช่วยให้เราพูดได้ว่าสายการสื่อสารไม่ขาด
คุณสมบัติที่ดีอีกประการของช่วง 4 ... 20mA คือสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ด้วยสายไฟเพียงสองเส้น เนื่องจากตัวเซ็นเซอร์เองได้รับพลังงานจากกระแสไฟนี้ นี่คือการบริโภคในปัจจุบันและในขณะเดียวกันก็เป็นสัญญาณการวัด
แหล่งจ่ายไฟสำหรับเซ็นเซอร์ในช่วง 4 ... 20 mA เปิดอยู่ดังแสดงในรูปที่ 5 ในเวลาเดียวกันเซ็นเซอร์ Zond-10 เช่นเดียวกับคนอื่น ๆ ตามหนังสือเดินทางมีช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้างของ 10 ... 38V แม้ว่าส่วนใหญ่จะใช้กับแรงดันไฟฟ้า 24V
รูปที่ 5. การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อะนาล็อกกับแหล่งจ่ายไฟภายนอก
ไดอะแกรมนี้มีองค์ประกอบและสัญลักษณ์ดังต่อไปนี้ Rsh - ตัวต้านทานการวัด shunt, Rl1 และ Rl2 - ความต้านทานสายสื่อสาร เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัด ควรใช้ตัวต้านทานการวัดที่มีความแม่นยำเป็น Rsh การไหลของกระแสจากแหล่งจ่ายไฟจะแสดงด้วยลูกศร
ง่ายที่จะเห็นว่ากระแสไฟขาออกของแหล่งจ่ายไฟผ่านจากขั้ว +24V ผ่านสาย Rl1 ถึงขั้วเซ็นเซอร์ +AO2 ผ่านเซ็นเซอร์และผ่านหน้าสัมผัสเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ - AO2, สายเชื่อมต่อ Rl2, ตัวต้านทาน Rsh จะกลับไปที่ขั้วต่อแหล่งจ่ายไฟ -24V ทุกอย่างวงจรปิดกระแสไหล
หากคอนโทรลเลอร์มีแหล่งจ่ายไฟ 24V แสดงว่าสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์หรือตัวแปลงสัญญาณการวัดได้ตามรูปแบบที่แสดงในรูปที่ 6
รูปที่ 6 การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อะนาล็อกกับคอนโทรลเลอร์ด้วยแหล่งจ่ายไฟภายใน
แผนภาพนี้แสดงองค์ประกอบอื่น - ตัวต้านทานบัลลาสต์ Rb จุดประสงค์คือเพื่อป้องกันตัวต้านทานการวัดในกรณีที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรในสายสื่อสารหรือเซ็นเซอร์อะนาล็อกทำงานผิดปกติ การติดตั้งตัวต้านทาน Rb เป็นทางเลือก แม้ว่าจะเป็นที่ต้องการ
นอกจากเซ็นเซอร์ต่างๆ แล้ว เอาต์พุตปัจจุบันยังมีทรานสดิวเซอร์สำหรับวัด ซึ่งมักใช้ในระบบอัตโนมัติ
ตัวแปลงสัญญาณวัด- อุปกรณ์สำหรับแปลงระดับแรงดันไฟฟ้า เช่น 220V หรือกระแสหลายสิบหรือหลายร้อยแอมแปร์เป็นสัญญาณกระแส 4 ... 20mA ในที่นี้ ระดับของสัญญาณไฟฟ้าจะถูกแปลงอย่างง่ายๆ และไม่ใช่การแสดงปริมาณทางกายภาพ (ความเร็ว การไหล ความดัน) ในรูปแบบไฟฟ้า
แต่ตามกฎแล้วไม่เพียงพอกับเซ็นเซอร์ตัวเดียว การวัดที่ได้รับความนิยมมากที่สุดบางส่วนคือการวัดอุณหภูมิและความดัน จำนวนจุดดังกล่าวในการผลิตสมัยใหม่สามารถเข้าถึงได้หลายหมื่น ดังนั้นจำนวนของเซ็นเซอร์ก็มีมากเช่นกัน ดังนั้น เซ็นเซอร์แอนะล็อกหลายตัวจึงมักเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์เพียงตัวเดียวในคราวเดียว แน่นอนว่าไม่ใช่หลายพันในคราวเดียว เป็นการดีถ้าโหลจะแตกต่างกัน การเชื่อมต่อดังกล่าวแสดงในรูปที่ 7
รูปที่ 7 การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อนาล็อกหลายตัวเข้ากับคอนโทรลเลอร์
รูปนี้แสดงวิธีรับแรงดันไฟฟ้าจากสัญญาณปัจจุบัน ซึ่งเหมาะสำหรับการแปลงเป็นรหัสดิจิทัล หากมีสัญญาณดังกล่าวหลายสัญญาณ สัญญาณเหล่านั้นจะไม่ถูกประมวลผลทั้งหมดในคราวเดียว แต่จะแยกกันในเวลา มัลติเพล็กซ์ มิฉะนั้นจะต้องติดตั้ง ADC แยกกันในแต่ละช่องสัญญาณ
ด้วยเหตุนี้คอนโทรลเลอร์จึงมีวงจรสลับวงจร แผนภาพการทำงานของสวิตช์แสดงในรูปที่ 8
รูปที่ 8 สวิตช์ช่องสัญญาณเซ็นเซอร์อะนาล็อก (ภาพที่คลิกได้)
สัญญาณลูปปัจจุบันที่แปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานการวัด (UR1…URn) จะถูกป้อนไปยังอินพุตของสวิตช์อนาล็อก สัญญาณควบคุมจะส่งผ่านไปยังเอาต์พุตหนึ่งในสัญญาณ UR1…URn ซึ่งขยายโดยแอมพลิฟายเออร์ และป้อนสลับไปยังอินพุตของ ADC แรงดันไฟฟ้าที่แปลงเป็นรหัสดิจิทัลจะถูกส่งไปยังคอนโทรลเลอร์
แน่นอนว่าโครงร่างนั้นง่ายมาก แต่ก็ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะพิจารณาหลักการของมัลติเพล็กซ์ในนั้น นี่เป็นวิธีที่โมดูลสำหรับอินพุตสัญญาณอะนาล็อกของคอนโทรลเลอร์ MCTS (ระบบไมโครโปรเซสเซอร์ของวิธีการทางเทคนิค) ที่ผลิตโดย Smolensk PC "Prolog" ลักษณะของคอนโทรลเลอร์ MCTS แสดงในรูปที่ 9
รูปที่ 9 ตัวควบคุม MSTS
การเปิดตัวคอนโทรลเลอร์ดังกล่าวได้ถูกยกเลิกไปนานแล้ว แม้ว่าในบางสถานที่ ก็ยังห่างไกลจากสิ่งที่ดีที่สุด แต่คอนโทรลเลอร์เหล่านี้ยังคงใช้งานอยู่ การจัดแสดงพิพิธภัณฑ์เหล่านี้ถูกแทนที่โดยผู้ควบคุมโมเดลใหม่ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นการผลิตที่นำเข้า (จีน)
หากคอนโทรลเลอร์ติดตั้งอยู่ในตู้โลหะ ขอแนะนำให้เชื่อมต่อเกราะป้องกันแบบถักกับจุดต่อลงดินของตู้ ความยาวของเส้นเชื่อมต่อสามารถเข้าถึงได้มากกว่าสองกิโลเมตรซึ่งคำนวณโดยใช้สูตรที่เหมาะสม เราจะไม่นับอะไรที่นี่ แต่เชื่อว่าเป็นเช่นนี้
เซ็นเซอร์ใหม่ คอนโทรลเลอร์ใหม่
ด้วยการถือกำเนิดของตัวควบคุมใหม่ เครื่องส่งสัญญาณแอนะล็อกใหม่พร้อมโปรโตคอล HART(ตัวแปลงสัญญาณระยะไกลที่สามารถระบุตำแหน่งได้)
สัญญาณเอาท์พุตของเซ็นเซอร์ (อุปกรณ์ภาคสนาม) เป็นสัญญาณกระแสแอนะล็อกในช่วง 4 ... 20 mA ซึ่งสัญญาณการสื่อสารแบบดิจิตอลแบบมอดูเลตความถี่ (FSK - การปรับความถี่) จะถูกซ้อนทับ
รูปที่ 10. เอาต์พุตตัวส่งสัญญาณอนาล็อก HART
รูปแสดงสัญญาณแอนะล็อกที่มีไซนูซอยด์ขดอยู่รอบตัวเหมือนงู นี่คือความถี่ - สัญญาณมอดูเลต แต่นี่ไม่ใช่สัญญาณดิจิทัลเลย แต่ยังไม่รู้จัก สังเกตได้จากรูปที่ความถี่ของไซนูซอยด์เมื่อส่งสัญญาณศูนย์ตรรกะนั้นสูงกว่า (2.2 kHz) มากกว่าเมื่อส่งสัญญาณหน่วย (1.2 kHz) การส่งสัญญาณเหล่านี้ดำเนินการโดยกระแสที่มีแอมพลิจูด ± 0.5 mA ของรูปทรงไซน์
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าค่าเฉลี่ยของสัญญาณไซน์มีค่าเท่ากับศูนย์ ดังนั้น การส่งข้อมูลดิจิทัลจึงไม่ส่งผลต่อกระแสไฟขาออกของเซ็นเซอร์ 4 ... 20mA โหมดนี้ใช้เมื่อกำหนดค่าเซ็นเซอร์
การสื่อสาร HART เกิดขึ้นได้สองวิธี ในกรณีแรก อุปกรณ์มาตรฐานเพียงสองเครื่องเท่านั้นที่สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลผ่านสายสองสายได้ ในขณะที่สัญญาณแอนะล็อกเอาท์พุต 4 ... 20mA ขึ้นอยู่กับค่าที่วัดได้ โหมดนี้ใช้เมื่อกำหนดค่าอุปกรณ์ภาคสนาม (เซ็นเซอร์)
ในกรณีที่สอง สามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ได้สูงสุด 15 ตัวกับสายแบบสองสาย จำนวนที่กำหนดโดยพารามิเตอร์ของสายสื่อสารและกำลังของแหล่งจ่ายไฟ นี่คือโหมดหลายจุด ในโหมดนี้ เซ็นเซอร์แต่ละตัวจะมีที่อยู่ของตัวเองในช่วง 1…15 โดยที่อุปกรณ์ควบคุมจะเข้าถึงได้
เซ็นเซอร์ที่มีที่อยู่ 0 ถูกตัดการเชื่อมต่อจากสายสื่อสาร การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ควบคุมในโหมดหลายจุดจะดำเนินการโดยสัญญาณความถี่เท่านั้น สัญญาณปัจจุบันของเซ็นเซอร์ได้รับการแก้ไขที่ระดับที่ต้องการและไม่เปลี่ยนแปลง
ในกรณีของการสื่อสารแบบหลายจุด ข้อมูลไม่เพียงหมายถึงผลลัพธ์จริงของการวัดพารามิเตอร์ที่ควบคุมเท่านั้น แต่ยังหมายถึงข้อมูลบริการทุกประเภททั้งชุดอีกด้วย
ประการแรก นี่คือที่อยู่ของเซ็นเซอร์ คำสั่งควบคุม การตั้งค่า และข้อมูลทั้งหมดนี้จะถูกส่งผ่านสายสื่อสารสองสาย เป็นไปได้ไหมที่จะกำจัดพวกมันด้วย? จริงต้องทำอย่างระมัดระวังเฉพาะในกรณีที่การเชื่อมต่อไร้สายไม่สามารถส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยของกระบวนการควบคุม
ปรากฎว่าคุณสามารถกำจัดสายไฟได้ ในปี 2550 มาตรฐาน WirelessHART ได้รับการเผยแพร่แล้ว สื่อส่งสัญญาณเป็นความถี่ 2.4 GHz ที่ไม่มีใบอนุญาต ซึ่งอุปกรณ์ไร้สายของคอมพิวเตอร์จำนวนมากทำงาน รวมถึงเครือข่ายไร้สายในพื้นที่ ดังนั้นอุปกรณ์ WirelessHART จึงสามารถใช้ได้โดยไม่มีข้อจำกัดใดๆ รูปที่ 11 แสดงเครือข่าย WirelessHART
รูปที่ 11 เครือข่าย WirelessHART
เหล่านี้เป็นเทคโนโลยีที่ได้เข้ามาแทนที่ลูปปัจจุบันแบบแอนะล็อกแบบเก่า แต่ก็ไม่ได้ละทิ้งตำแหน่งเช่นกัน มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกที่ที่ทำได้
ที่นี่ฉันแยกประเด็นสำคัญในทางปฏิบัติเช่นการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อุปนัยกับเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ซึ่งแพร่หลายในอุปกรณ์อุตสาหกรรมสมัยใหม่ นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำจริงสำหรับเซ็นเซอร์และลิงก์ไปยังตัวอย่าง
หลักการเปิดใช้งาน (การทำงาน) ของเซ็นเซอร์ในกรณีนี้สามารถเป็นแบบใดก็ได้ - อุปนัย (การประมาณ) ออปติคัล (โฟโตอิเล็กทริก) เป็นต้น
ในส่วนแรก จะมีการอธิบายตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับเอาต์พุตเซ็นเซอร์ ไม่ควรมีปัญหาในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับหน้าสัมผัส (เอาต์พุตรีเลย์) และด้วยทรานซิสเตอร์และการเชื่อมต่อกับคอนโทรลเลอร์ ทุกอย่างก็ไม่ใช่เรื่องง่าย
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 ที่นี่ระดับแอ็คทีฟ ( "1") ที่เอาต์พุตเซนเซอร์ต่ำ (0V) ในขณะที่โหลดถูกขับเคลื่อนผ่านทรานซิสเตอร์ที่เปิดอยู่
ฉันขอให้ทุกคนอย่าสับสนงานของโครงร่างเหล่านี้จะอธิบายรายละเอียดในภายหลัง
ไดอะแกรมด้านล่างแสดงโดยทั่วไปในสิ่งเดียวกัน เน้นที่ความแตกต่างในวงจรของเอาต์พุต PNP และ NPN
ไดอะแกรมการเชื่อมต่อสำหรับเอาต์พุตเซ็นเซอร์ NPN และ PNP
ที่รูปด้านซ้าย - เซ็นเซอร์พร้อมทรานซิสเตอร์เอาท์พุท NPN. มีการเปลี่ยนสายสามัญซึ่งในกรณีนี้คือลวดลบของแหล่งพลังงาน
ด้านขวา - เคสที่มีทรานซิสเตอร์ PNPที่ทางออก กรณีนี้เกิดขึ้นบ่อยที่สุดเนื่องจากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เป็นเรื่องปกติที่จะสร้างสายไฟเชิงลบของแหล่งพลังงาน และเปิดใช้งานอินพุตของตัวควบคุมและอุปกรณ์บันทึกอื่น ๆ ที่มีศักยภาพเชิงบวก
ในการทำเช่นนี้คุณต้องใช้พลังงานนั่นคือเชื่อมต่อกับวงจร จากนั้น - เปิดใช้งาน (เริ่มต้น) มัน เมื่อเปิดใช้งาน ไฟแสดงสถานะจะสว่างขึ้น อย่างไรก็ตาม ตัวบ่งชี้ไม่รับประกันการทำงานที่ถูกต้องของเซ็นเซอร์อุปนัย คุณต้องเชื่อมต่อโหลดและวัดแรงดันไฟเพื่อให้แน่ใจ 100%
ตามที่ฉันเขียนไปแล้วโดยทั่วไปมีเซ็นเซอร์ 4 ประเภทที่มีเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ซึ่งแบ่งตามโครงสร้างภายในและวงจรสวิตชิ่ง:
สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์ประเภทนี้ได้ทั้งหมด เช่น พวกเขาใช้แทนกันได้
มีการดำเนินการในลักษณะต่อไปนี้:
ด้านล่างนี้คือตัวอย่างวิธีการเปลี่ยนเซ็นเซอร์ PNP เป็นเซ็นเซอร์ NPN โดยเปลี่ยนแผนภาพการเดินสาย:
แผนการใช้แทนกันได้ของ PNP-NPN ด้านซ้ายเป็นแผนภาพเดิม ด้านขวาเป็นแผนภาพที่แก้ไขแล้ว
การทำความเข้าใจการทำงานของวงจรเหล่านี้จะช่วยให้ทราบว่าทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบหลักที่สามารถแสดงโดยหน้าสัมผัสรีเลย์ธรรมดา (ตัวอย่างอยู่ด้านล่างในสัญกรณ์)
ดังนั้นไดอะแกรมจึงอยู่ทางด้านซ้าย สมมติว่าประเภทเซ็นเซอร์คือ NO จากนั้น (โดยไม่คำนึงถึงประเภทของทรานซิสเตอร์ที่เอาต์พุต) เมื่อเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน "หน้าสัมผัส" ของเอาต์พุตจะเปิดขึ้นและไม่มีกระแสไหลผ่าน เมื่อเซ็นเซอร์ทำงาน หน้าสัมผัสจะถูกปิด โดยมีผลที่ตามมาทั้งหมด แม่นยำยิ่งขึ้นด้วยกระแสที่ไหลผ่านหน้าสัมผัสเหล่านี้)) กระแสไหลจะสร้างแรงดันตกคร่อมโหลด
โหลดภายในแสดงโดยเส้นประด้วยเหตุผล ตัวต้านทานนี้มีอยู่ แต่การมีอยู่ของมันไม่ได้รับประกันการทำงานที่มั่นคงของเซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จะต้องเชื่อมต่อกับอินพุตของคอนโทรลเลอร์หรือโหลดอื่นๆ ความต้านทานของอินพุตนี้เป็นโหลดหลัก
หากไม่มีโหลดภายในในเซ็นเซอร์ และตัวสะสม "ลอยอยู่ในอากาศ" ก็จะเรียกว่า "วงจรตัวสะสมเปิด" วงจรนี้ใช้งานได้กับโหลดที่เชื่อมต่อเท่านั้น
ดังนั้น ในวงจรที่มีเอาต์พุต PNP เมื่อเปิดใช้งาน แรงดันไฟฟ้า (+V) ผ่านทรานซิสเตอร์แบบเปิดจะเข้าสู่อินพุตของคอนโทรลเลอร์ และมันถูกเปิดใช้งาน จะบรรลุผลเช่นเดียวกันกับการเปิดตัว NPN ได้อย่างไร
มีบางสถานการณ์ที่เซ็นเซอร์ที่ต้องการไม่อยู่ในมือ และเครื่องควรทำงาน "ทันที"
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 - เคลื่อนกลไกหรือสร้างแผ่นโลหะใหม่ (ตัวกระตุ้น) หรือช่องว่างแสง ถ้าเรากำลังพูดถึงออปติคัลเซนเซอร์ วิธีที่ 2 - ตั้งโปรแกรมอินพุตของคอนโทรลเลอร์ใหม่เพื่อให้ "0" แบบไม่ต่อเนื่องเป็นสถานะแอ็คทีฟของคอนโทรลเลอร์ และ "1" เป็นแบบพาสซีฟ หากคุณมีแล็ปท็อปอยู่ในมือ วิธีที่สองนั้นทั้งเร็วและง่ายกว่า
ในแผนภาพวงจร เซ็นเซอร์อุปนัย (พร็อกซิมิตีเซ็นเซอร์) ถูกกำหนดให้แตกต่างกัน แต่สิ่งสำคัญคือมีสี่เหลี่ยมจัตุรัสหมุน 45 องศาและมีเส้นแนวตั้งสองเส้นอยู่ในนั้น ดังในไดอะแกรมด้านล่าง
ไม่มีเซ็นเซอร์ NC แผนการหลัก
บนไดอะแกรมด้านบนมีหน้าสัมผัสเปิดตามปกติ (NO) (ทำเครื่องหมายตามเงื่อนไขเป็นทรานซิสเตอร์ PNP) ปกติวงจรที่สองจะปิด และวงจรที่สามเป็นหน้าสัมผัสทั้งคู่ในเรือนเดียว
มีระบบการทำเครื่องหมายเซ็นเซอร์มาตรฐาน ผู้ผลิตทั้งหมดในปัจจุบันปฏิบัติตาม
อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อถูกต้องก่อนการติดตั้งจะมีประโยชน์ โดยอ้างอิงจากคู่มือการเชื่อมต่อ (คำแนะนำ) นอกจากนี้ตามกฎแล้วสีของสายไฟจะถูกระบุบนตัวเซ็นเซอร์เองหากขนาดของมันอนุญาต
นี่คือเครื่องหมาย
ประเภทของเซ็นเซอร์ระบุด้วยรหัสตัวอักษรและตัวเลขที่เข้ารหัสพารามิเตอร์หลักของเซ็นเซอร์ ด้านล่างนี้คือระบบการติดฉลากสำหรับเกจ Autonics ยอดนิยม
ขอขอบคุณทุกท่านที่ให้ความสนใจ ฉันกำลังรอคำถามเกี่ยวกับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ในความคิดเห็น!
การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ปัจจุบันกับไมโครคอนโทรลเลอร์
เมื่อทำความคุ้นเคยกับพื้นฐานของทฤษฎีแล้ว เราสามารถไปยังประเด็นของการอ่าน การแปลง และการแสดงข้อมูลเป็นภาพได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราจะออกแบบมิเตอร์วัดกระแสไฟตรงแบบง่าย
เอาต์พุตแอนะล็อกของเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับช่อง ADC ช่องใดช่องหนึ่งของไมโครคอนโทรลเลอร์ การแปลงและการคำนวณที่จำเป็นทั้งหมดถูกนำไปใช้ในโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ ตัวบ่งชี้ LCD แบบอักขระ 2 บรรทัดใช้เพื่อแสดงข้อมูล
โครงการทดลอง
สำหรับการทดลองกับเซ็นเซอร์ปัจจุบัน จำเป็นต้องประกอบโครงสร้างตามแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 8 สำหรับสิ่งนี้ ผู้เขียนใช้เขียงหั่นขนมและโมดูลที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ (รูปที่ 9)
โมดูลเซ็นเซอร์ปัจจุบัน ACS712-05B สามารถซื้อแบบสำเร็จรูปได้ (ขายในราคาถูกมากบน eBay) หรือคุณจะทำเองก็ได้ ความจุของตัวเก็บประจุกรองถูกเลือกเท่ากับ 1 nF มีการติดตั้งตัวเก็บประจุแบบบล็อกที่ 0.1 μFบนแหล่งจ่ายไฟ เพื่อระบุการเปิดเครื่อง LED ที่มีตัวต้านทานดับจะถูกบัดกรี แหล่งจ่ายไฟและสัญญาณเอาท์พุตของเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับขั้วต่อที่ด้านหนึ่งของโมดูลบอร์ด ขั้วต่อ 2 พินสำหรับวัดกระแสไหลอยู่ที่ฝั่งตรงข้าม
สำหรับการทดลองเกี่ยวกับการวัดกระแส เราเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ที่ปรับได้กับขั้ววัดกระแสของเซ็นเซอร์ผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรม 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 ในการเพิ่มความละเอียดและเพิ่มความไวในการวัดกระแสต่ำ คุณจะต้องใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน ตัวอย่างของวงจรดังกล่าวแสดงในรูปที่ 10
โปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์
โปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC16F1847 เขียนด้วยภาษา C และคอมไพล์ในสภาพแวดล้อม mikroC Pro (mikroElektronika) ผลการวัดจะแสดงบนจอ LCD สองบรรทัดที่มีทศนิยมสองตำแหน่งที่แม่นยำ
เอาท์พุต
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 ขอแนะนำให้ทำการวัดหลายครั้งแล้วจึงหาค่าเฉลี่ยผลลัพธ์
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 ซึ่งหมายความว่าเมื่อทำการวัดสัญญาณ AC ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์จะต้องสุ่มตัวอย่างเร็วพอที่จะคำนวณกระแส RMS ได้
ดาวน์โหลด
ซอร์สโค้ดของโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์และไฟล์สำหรับเฟิร์มแวร์ -
kayabaparts.ru - โถงทางเข้า ห้องครัว ห้องนั่งเล่น สวน. เก้าอี้. ห้องนอน