PRODUKTY

Analogowe sygnały wyjściowe czujników 4-20 mA

Analogowy sygnał wyjściowy 4-20 mA dominuje w przemyśle sterowania procesami. Dzięki temu wpisowi poznasz jego zasady działania oraz zalety i wady, co pozwoli Ci na podejmowanie świadomych decyzji dotyczących sterowania procesem.

Sygnały wyjściowe czujników pomiarowych

We współczesnym świecie, który nie istniałby w obecnej formie bez sterowania procesami, istnieje niezliczona liczba różnych typów wejść procesowych. Jednym z rodzajów są sygnały analogowe, które występują w takich urządzeniach jak m.in. termopary i rezystancyjne czujniki temperatury. Kolejnym są sygnały cyfrowe, dzięki którym możliwa jest dokładna kontrola zmiennych procesowych i wyświetlanie danych.

Jednak to sygnały analogowe, w szczególności 4-20mA, są obecnie dominującym typem wejścia w branżach wymagających sterowania procesem. Są często stosowane w transmisji takich wartości jak temperatura, ciśnienie, wilgotność czy przepływ.

Czujniki analogowe i cyfrowe

Wyróżniamy dwa rodzaje czujników ze względu na sygnał:

  • cyfrowe – nieciągły, dyskretny sygnał napięciowy. Wysyłają informacje w postaci bitów.

  • analogowe – ciągły sygnał. Przekształcają niezwiązane z elektrycznością parametry środowiskowe na sygnał elektryczny.

Pętla prądowa 4..20 mA

Pętla prądowa (current loop) 4-20 mA to prosta, analogowa metoda przesyłania informacji z czujników.

Elementy składające się na pętlę prądową:

  • Czujnik – układ, który przetwarza mierzoną wartość fizyczną na elektryczną.

  • Przetwornik pętli prądowej/nadajnik – przetwarza sygnał wyjściowy czujnika na sygnał prądowy zgodny z standardem pętli prądowej 4-20 mA.

  • Źródło napięcia stałego – najczęściej 24 V.

  • Pętla prądowa składająca się z przewodów połączeniowych. Mają one swoją rezystancję, która musi być uwzględniona w budżecie pętli prądowej. Jest to szczególnie istotne w przypadku długich przewodów.

  • Odbiornik – urządzenie, które odbiera i odczytuje wyniki pomiarów.

  • Budżet pętli prądowej – do prawidłowego funkcjonowania pętli prądowej potrzebny jest jej dodatni budżet energetyczny. By ją obliczyć, musisz znać maksymalne wymagane natężenia prądu w pętli oraz poziom minimalnego napięcia zasilania lub rezystancji wszystkich elementów.

Wady i zalety pętli prądowej 4-20 mA

Zalety pętli prądowej 4-20 mA

  • standard w wielu branżach – łatwość połączenia

  • większa odporność na zakłócenia i szumy elektryczne w tle – zakłócenia elektromagnetyczne przekazywane są do linii sygnałowej jako sygnały napięciowe, dzięki czemu powodują nieznaczne zmiany prądu i oporności wejścia odbiornika

  • najprostsza opcja do podłączenia i skonfigurowania

  • mniejsze koszty konfiguracji – wykorzystuje mniej okablowania

  • najlepszy wybór przesyłania na duże odległości – prąd w pętli 4-20 mA nie ulega takiej degradacji jak napięcie w przypadku długich połączeń

  • proste wykrywanie usterek (np. czy przewód czujnika nie uległ uszkodzeniu) ze względu na to, że prąd 4 mA jest równy 0% mocy wyjściowej

Wady pętli prądowej 4-20 mA

  • duży pobór prądu w porównaniu z czujnikiem, który ma sygnał napięciowy

  • wymaga wzbudzenia napięciem o wartości co najmniej 10 VDC, przez co ograniczone są możliwości zasilania bateryjnego

  • pętle prądowe 4-20 mA mogą transmitować tylko jeden określony czujnik lub sygnał procesowy na pętlę.

    W przypadku aplikacji, w których istnieje wiele czujników lub wyjść procesowych, które muszą być przesyłane, wymagane jest zastosowanie wielu pętli

  • konieczne jest wykonanie dużej ilości okablowania w terenie, co może prowadzić do poważnych problemów z pętlami uziemienia, jeśli niezależne pętle prądowe nie są od siebie odpowiednio odizolowane

Uniwersalne wejścia w regulatorach kompaktowych JUMO

Większość kompaktowych sterowników JUMO posiada uniwersalne wejścia analogowe, do których podłączone są komponenty takie jak czujnik do rejestracji rzeczywistej wartości. W technice pomiarowej i sterowniczej transmisja zmierzonej wartości odbywa się za pomocą standardowych sygnałów. W tym celu stosowany jest głównie sygnał prądowy o natężeniu 4 do 20 mA, ale dostępne są również sygnały 0 do 20 mA, 2 do 10 V i 0 do 10 V. Grafika przedstawia przesyłanie informacji o wartości zmierzonego ciśnienia za pomocą sygnału o natężeniu 4-20 mA:

Przetwornik 4..20 mA – podłączenie i pomiary analogowe

Przedstawiony przetwornik ciśnienia JUMO dTRANS p20 zmierzył ciśnienie względne od 0 do 10 barów i przesyła tę informację do regulatora procesowego i programowego JUMO DICON touch za pomocą sygnału analogowego od 4 do 20 mA. Uniwersalne wejście sterownika jest ustawione na 4 do 20 mA i skalowane na 0 do 10 barów. Wartość zmierzonego ciśnienia jest dostępna w regulatorze i wszystkie ustawienia odnoszą się do jednostki skalowanej (bar). Zasilacz zapewnia zasilanie napięciowe przetwornika ciśnienia.

Czujnik temperatury 4-20 mA

W JUMO posiadamy szeroką ofertę czujników z wyjściem analogowym 4 20 mA np. Czujnik temperatury Pt100 z wbudowanym przetwornikiem pętli prądowej 4 20ma JUMO E temp B.