Области применения представленного устройства
Данный переносной задатчик тока 4 — 24 мА служит для настройки промышленных средств автоматики имеющих стандартный аналоговый токовый вход 0…20 мА или 4…20 мА. Такие токовые входы встречаются во вторичных приборах измерительных датчиков, исполнительных механизмах промышленной автоматики и логических контроллерах.
Описание схемы задатчика тока
Схема данного прибора довольно проста и состоит из стабилизатора питающего напряжения, операционного усилителя и управляющего транзистора, включенного по схеме с общей базой. С помощью переменного резистора можно изменять ток через нагрузку в пределах 0…24 мА.
Теги: Измерение токов преследует одну из двух целей: во-первых, узнать, какую токовую нагрузку испытывает схема. Если он окажется слишком высоким, следует принять меры, какие из блоков можно отключить для уменьшения расхода енергии или ввода схемы в нормальный режим работы. Второй целью является определение максимально допустимого потока, при котором схема перестает функционировать корректно. Если токи превышают предельно допустимое значение, срабатывает программная или аппаратная блокировка, работа приостанавливается. Важно правильно выбрать методику измерения, обеспечивающую требуемую стойкость к экстремальным условиям, которые могут возникать во время сбоя.
Преимущества
У каждого метода есть свои достоинства и недостатки. От выбора методики зависит надежность устройства. Методы измерения можно разделить на 4 класса: прямые и косвенные. Для прямого измерения тока в схему включается задатчик тока 4 мА токочувствительный элемент без изоляции. При косвенном измерении применяются изолирующие элементы, которые гарантируют безопасность работы основной схемы. Основные параметры методов приведены в таблице учебника.
Измерения с помощью пояса Роговского проводятся аналогично предыдущему методу. Измеряется напряжение во вторичной обмотке. Оно пропорционально току через изолированный проводник. Различие заключается в том, что задатчик Роговского не имеет 4 сердечника, поэто-му его индуктивность меньше, чем у трансформатора тока. Соответственно, пояс Роговского обеспечивает более быстрый задатчик и практически линейное напряжение. Этот метод часто используется для временного измерения тока, например, в мультиметрах. По сравнению с трансформатором тока пояс Роговского дешевле.
Составляющие элементы
Сопротивление 4 20ма складывается из нескольких составляющих, каждая из них вносит ошибку измерения, обусловленную незначительными отклонениями или различиями ТКС. Воздействие температуры может быть компенсировано. Для этого производится мониторинг температуры. В измеренное напряжение вносится поправка на температурное изменение сопротивления. Часто ТКС для МОП-транзистора достигает О,4%/°С. Диапазон точности данного метода составляет 10-20°/о, и этого вполне достаточно для схем защиты от скачков тока. МОП-транзистор состоит из тысяч транзисторных ячеек 4 20ма, соединенных параллельно, поэтому сопротивление при включении мало. В токочувствительном транзисторе используется небольшая часть параллельно соединенных ячеек, в которых все транзисторы имеют общий задатчик тока. Они образуют второй изолированный транзистор, который и является чувствительным элементом. Когда транзистор включен, поток через чувствительный элемент является частью тока, протекающего через остальные ячейки. В зависимости от транзистора.
Особенности подключения
В силовых схемах необходимо использовать резисторы с маленьким номиналом, чтобы они рассеивали мало тепла и в то же время обеспечивали требуемый уровень сигнала. Часто используется четырехконтактное подключение, чтобы ослабить влияние сопротивления контакта. Резисторы R имеют четыре вывода — два для подключения соединительных проводников (с большой площадью сечения) и два для измерительного прибора (с малым сечением). Использование отдельных выводов позволяет уменьшить погрешность измерения, которая возникает из-за сопротивления контакта. Токи, текущие через внутреннюю и внешнюю пару выводов могут различаться на порядки. Как видно из рисунка 6, есть два варианта контактной площадки. Слева площадка разделяется на две изолированные зоны разной площади. При этом размер контактной площадки для силовых выводов резистора может оказаться недостаточным, если протекающие токи очень большие. Во втором варианте для создания изолированных измерительных контактных площадок применяются сквозные отверстия. При этом площадь соединения силовых линий максимальна.
Особенности подхода
У такого подхода два преимущества. Во-первых, он позволяет исключить порчу платы из-за чрезмерного перегрева. Самый распространенный материал печатной платы — FR4 —может подвергаться температуре не более 130°С. Если токовый параметр выходит за допустимые границы, резистор может сильно нагреться и повредить печатную плату. Во-вторых, если отводить тепло не на плату, а в окружающую среду, характеристики соседних устройств, чувствительных к температуре, не будут ухудшаться. Имеются в виду такие параметры как срок службы, допустимая мощность, выходной световой поток, точность и надежность. Диаграмма распределения тепла для компонентов ОА и OARS показана на рисунке. Измерения проводились на печатной плате из ЕП4 в безвоздушном пространстве. В воздушной среде результаты должны быть лучше. Обратим внимание на разницу температур паяного соединения и средней приподнятой части резистора. Ее можно использовать s схеме защиты от слишком больших скачков тока в качестве сигнала срабаты вания. Температура печатной платы остается в допустимом диапазоне, хотя элементы схемы работают в экстремальных условиях.
