4-20 mA సర్క్యూట్ ఎలా పనిచేస్తుంది

"కరెంట్ లూప్" 1950లలో డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ ఇంటర్‌ఫేస్‌గా ఉపయోగించబడింది. మొదట, ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క ఆపరేటింగ్ కరెంట్ 60 mA, మరియు తరువాత, 1962 నుండి, 20 mA కరెంట్ లూప్ ఇంటర్‌ఫేస్ టెలిటైప్‌లో విస్తృతంగా వ్యాపించింది.

1980 లలో, వివిధ సెన్సార్లు, ఆటోమేషన్ పరికరాలు మరియు యాక్యుయేటర్లను సాంకేతిక పరికరాలలో విస్తృతంగా ప్రవేశపెట్టడం ప్రారంభించినప్పుడు, "కరెంట్ సర్క్యూట్" ఇంటర్ఫేస్ దాని ఆపరేటింగ్ కరెంట్ల పరిధిని తగ్గించింది - ఇది 4 నుండి 20 mA వరకు మారడం ప్రారంభించింది.

RS-485 ఇంటర్‌ఫేస్ స్టాండర్డ్ రావడంతో 1983 నుండి "కరెంట్ లూప్" యొక్క మరింత వ్యాప్తి మందగించడం ప్రారంభమైంది మరియు నేడు "కరెంట్ లూప్" కొత్త పరికరాలలో దాదాపుగా ఉపయోగించబడదు.

కరెంట్ లూప్ ట్రాన్స్‌మిటర్ RS-485 ట్రాన్స్‌మిటర్ నుండి భిన్నంగా ఉంటుంది, అది వోల్టేజ్ సోర్స్ కాకుండా కరెంట్ సోర్స్‌ను ఉపయోగిస్తుంది.

ప్రస్తుత, వోల్టేజ్ వలె కాకుండా, సర్క్యూట్ వెంట మూలం నుండి కదిలే, లోడ్ పారామితులపై ఆధారపడి దాని ప్రస్తుత విలువను మార్చదు. అందువల్ల, «ప్రస్తుత లూప్» కేబుల్ నిరోధకత, లోడ్ నిరోధకత లేదా ప్రేరక శబ్దం EMFకి కూడా సున్నితంగా ఉండదు.

అదనంగా, లూప్ కరెంట్ ప్రస్తుత మూలం యొక్క సరఫరా వోల్టేజ్‌పై ఆధారపడి ఉండదు, అయితే కేబుల్ ద్వారా లీకేజీల కారణంగా మాత్రమే మారవచ్చు, ఇవి సాధారణంగా చాలా తక్కువగా ఉంటాయి. ప్రస్తుత చక్రం యొక్క ఈ లక్షణం దాని అమలు యొక్క మార్గాలను పూర్తిగా నిర్ణయిస్తుంది.

కెపాసిటివ్ పికప్ యొక్క EMF ప్రస్తుత మూలానికి సమాంతరంగా ఇక్కడ వర్తించబడుతుంది మరియు దాని పరాన్నజీవి ప్రభావాన్ని బలహీనపరిచేందుకు షీల్డింగ్ ఉపయోగించబడుతుందని గమనించాలి.

ఈ కారణంగా, సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ సాధారణంగా షీల్డ్ ట్విస్టెడ్ పెయిర్‌గా ఉంటుంది, ఇది డిఫరెన్షియల్ రిసీవర్‌తో కలిసి పని చేస్తుంది, ఒంటరిగా సాధారణ మోడ్ మరియు ప్రేరక శబ్దాన్ని పెంచుతుంది.

సిగ్నల్ స్వీకరించే వైపున, లూప్ కరెంట్ కాలిబ్రేటెడ్ రెసిస్టర్‌ని ఉపయోగించి వోల్టేజ్‌గా మార్చబడుతుంది. మరియు 20 mA ప్రస్తుత వద్ద, ప్రామాణిక సిరీస్ 2.5 V యొక్క వోల్టేజ్ పొందబడుతుంది; 5V; 10V; - వరుసగా 125, 250 లేదా 500 ఓం రెసిస్టెన్స్‌తో రెసిస్టర్‌ని ఉపయోగించడం మాత్రమే సరిపోతుంది.

"ప్రస్తుత లూప్" ఇంటర్ఫేస్ యొక్క మొదటి మరియు ప్రధాన ప్రతికూలత దాని తక్కువ వేగం, ప్రసారం వైపు ఉన్న పైన పేర్కొన్న ప్రస్తుత మూలం నుండి ప్రసార కేబుల్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని ఛార్జ్ చేసే వేగంతో పరిమితం చేయబడింది.

కాబట్టి, 75 pF / m లీనియర్ కెపాసిటెన్స్‌తో 2 కిమీ పొడవు గల కేబుల్‌ను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, దాని కెపాసిటెన్స్ 150 nF అవుతుంది, అంటే 20 mA కరెంట్‌లో 5 వోల్ట్‌లకు ఈ కెపాసిటెన్స్‌ను ఛార్జ్ చేయడానికి 38 μs పడుతుంది, దీనికి అనుగుణంగా ఉంటుంది. డేటా బదిలీ రేటు 4.5 kbps.

వివిధ స్థాయిల వక్రీకరణ (జిట్టర్) మరియు వివిధ వోల్టేజ్‌లలో ఉపయోగించిన కేబుల్ పొడవుపై «ప్రస్తుత లూప్» ద్వారా అందుబాటులో ఉన్న గరిష్ట డేటా ప్రసార రేటు యొక్క గ్రాఫికల్ ఆధారపడటం క్రింద ఉంది, మూల్యాంకనం అదే విధంగా నిర్వహించబడింది RS ఇంటర్ఫేస్ -485.

«ప్రస్తుత లూప్» యొక్క మరొక ప్రతికూలత కనెక్టర్ల రూపకల్పనకు మరియు కేబుల్స్ యొక్క ఎలక్ట్రికల్ పారామితులకు నిర్దిష్ట ప్రమాణం లేకపోవడం, ఇది ఈ ఇంటర్ఫేస్ యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనాన్ని కూడా పరిమితం చేస్తుంది. న్యాయంగా, వాస్తవానికి, సాధారణంగా ఆమోదించబడినవి 0 నుండి 20 mA వరకు మరియు 4 నుండి 20 mA వరకు ఉన్నాయని గమనించవచ్చు. పరిధి 0 — 60 mA చాలా తక్కువ తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది.

"ప్రస్తుత లూప్" ఇంటర్‌ఫేస్‌ను ఉపయోగించాల్సిన అత్యంత ఆశాజనకమైన పరిణామాలు, ఈరోజు చాలా వరకు 4 ... 20 mA ఇంటర్‌ఫేస్‌ను మాత్రమే ఉపయోగిస్తాయి, ఇది లైన్ బ్రేక్‌ను సులభంగా నిర్ధారించడం సాధ్యం చేస్తుంది. అదనంగా, "కరెంట్ లూప్ " డెవలపర్ యొక్క అవసరాలను బట్టి డిజిటల్ లేదా అనలాగ్ కావచ్చు (తరువాత మరింత).

ఏ రకమైన «ప్రస్తుత లూప్» (అనలాగ్ లేదా డిజిటల్) యొక్క ఆచరణాత్మకంగా తక్కువ డేటా ట్రాన్స్మిషన్ రేటు సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయబడిన అనేక రిసీవర్‌లతో ఏకకాలంలో ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తుంది మరియు పొడవైన పంక్తుల సరిపోలిక అవసరం లేదు.

"ప్రస్తుత చక్రం" యొక్క అనలాగ్ వెర్షన్

అనలాగ్ "కరెంట్ లూప్" సాంకేతికతలో అప్లికేషన్‌ను కనుగొంది, ఉదాహరణకు, సెన్సార్‌ల నుండి కంట్రోలర్‌లకు లేదా కంట్రోలర్‌లు మరియు యాక్యుయేటర్‌ల మధ్య సిగ్నల్‌లను ప్రసారం చేయడానికి. ఇక్కడ, ప్రస్తుత చక్రం అనేక ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది.

అన్నింటిలో మొదటిది, కొలిచిన విలువ యొక్క వైవిధ్యం యొక్క పరిధి, ఇది ప్రామాణిక పరిధికి తగ్గించబడినప్పుడు, మీరు సిస్టమ్ యొక్క భాగాలను మార్చడానికి అనుమతిస్తుంది. అధిక ఖచ్చితత్వంతో (+ -0.05% కంటే ఎక్కువ లోపం) సిగ్నల్‌ను గణనీయమైన దూరం వరకు ప్రసారం చేయగల సామర్థ్యం కూడా విశేషమైనది. చివరగా, ప్రస్తుత సైకిల్ ప్రమాణానికి చాలా మంది పారిశ్రామిక ఆటోమేషన్ విక్రేతల మద్దతు ఉంది.

4 … 20 mA కరెంట్ లూప్ సిగ్నల్ రిఫరెన్స్ పాయింట్‌గా కనిష్ట కరెంట్ 4 mAని కలిగి ఉంటుంది.ఈ విధంగా, కేబుల్ విచ్ఛిన్నమైతే, కరెంట్ సున్నా అవుతుంది. 0 … 20 mA కరెంట్ లూప్‌ని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, కేబుల్ బ్రేక్‌ను నిర్ధారించడం చాలా కష్టం, ఎందుకంటే 0 mA ప్రసారం చేయబడిన సిగ్నల్ యొక్క కనీస విలువను సూచిస్తుంది. 4 … 20 mA శ్రేణి యొక్క మరొక ప్రయోజనం ఏమిటంటే, 4 mA స్థాయిలో కూడా ఎటువంటి సమస్యలు లేకుండా సెన్సార్‌కు శక్తినివ్వడం సాధ్యమవుతుంది.

క్రింద రెండు అనలాగ్ కరెంట్ రేఖాచిత్రాలు ఉన్నాయి. మొదటి సంస్కరణలో, విద్యుత్ సరఫరా ట్రాన్స్మిటర్లో నిర్మించబడింది, రెండవ సంస్కరణలో, విద్యుత్ సరఫరా బాహ్యంగా ఉంటుంది.

అంతర్నిర్మిత విద్యుత్ సరఫరా సంస్థాపన పరంగా సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది మరియు ప్రస్తుత లూప్ ఉపయోగించిన పరికరం యొక్క ప్రయోజనం మరియు ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులపై ఆధారపడి దాని పారామితులను మార్చడానికి బాహ్యమైనది మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది.

ప్రస్తుత లూప్ యొక్క ఆపరేషన్ సూత్రం రెండు సర్క్యూట్లకు ఒకే విధంగా ఉంటుంది. ఆదర్శవంతంగా, op-amp దాని ఇన్‌పుట్‌ల వద్ద అనంతమైన పెద్ద అంతర్గత నిరోధం మరియు సున్నా కరెంట్‌ను కలిగి ఉంటుంది, అంటే దాని ఇన్‌పుట్‌లలో వోల్టేజ్ కూడా ప్రారంభంలో సున్నాగా ఉంటుంది.

అందువలన, ట్రాన్స్మిటర్లో నిరోధకం ద్వారా విద్యుత్తు ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ యొక్క విలువపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు మొత్తం లూప్లో ప్రస్తుతానికి సమానంగా ఉంటుంది, అయితే ఇది లోడ్ నిరోధకతపై ఆధారపడి ఉండదు. అందువలన, రిసీవర్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ సులభంగా నిర్ణయించబడుతుంది.

రిసీవర్ మరియు కేబుల్ ప్రవేశపెట్టిన లోపం చాలా తక్కువగా ఉన్నందున, రిసీవర్ కేబుల్‌ను కనెక్ట్ చేయకుండా ట్రాన్స్‌మిటర్‌ను క్రమాంకనం చేయడానికి మిమ్మల్ని అనుమతించే ప్రయోజనాన్ని op-amp సర్క్యూట్ కలిగి ఉంది.

యాక్టివ్ మోడ్‌లో దాని సాధారణ ఆపరేషన్ కోసం ట్రాన్స్‌మిషన్ ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క అవసరాల ఆధారంగా అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ ఎంపిక చేయబడుతుంది, అలాగే వైర్లు, ట్రాన్సిస్టర్ మరియు రెసిస్టర్‌లపై వోల్టేజ్ డ్రాప్‌ను భర్తీ చేసే షరతుతో.

రెసిస్టర్లు 500 ఓంలు మరియు కేబుల్ 100 ఓంలు అని చెప్పండి. అప్పుడు, 20 mA కరెంట్ పొందడానికి, 22 V యొక్క వోల్టేజ్ మూలం అవసరం.సమీప ప్రామాణిక వోల్టేజ్ ఎంపిక చేయబడింది - 24 V. వోల్టేజ్ పరిమితి నుండి అదనపు శక్తి కేవలం ట్రాన్సిస్టర్‌పై వెదజల్లుతుంది.

రెండు చార్ట్‌లు చూపుతాయని గమనించండి గాల్వానిక్ ఐసోలేషన్ ట్రాన్స్మిటర్ దశ మరియు ట్రాన్స్మిటర్ ఇన్పుట్ మధ్య. ట్రాన్స్‌మిటర్ మరియు రిసీవర్ మధ్య ఏదైనా తప్పుడు కనెక్షన్‌ను నివారించడానికి ఇది జరుగుతుంది.

అనలాగ్ కరెంట్ లూప్‌ని నిర్మించడానికి ట్రాన్స్‌మిటర్‌కి ఉదాహరణగా, 4 ... 20 mA లేదా 0 ... 20 mAని ఉపయోగించి కంప్యూటర్‌ను యాక్యుయేటర్‌తో కనెక్ట్ చేయడానికి నాలుగు అనలాగ్ అవుట్‌పుట్ ఛానెల్‌లతో కూడిన పూర్తి ఉత్పత్తి NL-4AOని మేము ఉదహరించవచ్చు. ప్రస్తుత చక్రం « ప్రోటోకాల్.

మాడ్యూల్ RS-485 ప్రోటోకాల్ ద్వారా కంప్యూటర్‌తో కమ్యూనికేట్ చేస్తుంది. పరికర మార్పిడి లోపాలను భర్తీ చేయడానికి ప్రస్తుత క్రమాంకనం చేయబడింది మరియు కంప్యూటర్ ద్వారా సరఫరా చేయబడిన ఆదేశాలను అమలు చేస్తుంది. అమరిక గుణకాలు పరికర మెమరీలో నిల్వ చేయబడతాయి. DACని ఉపయోగించి డిజిటల్ డేటా అనలాగ్‌గా మార్చబడుతుంది.

"ప్రస్తుత చక్రం" యొక్క డిజిటల్ వెర్షన్

డిజిటల్ కరెంట్ లూప్, ఒక నియమం వలె, 0 ... 20 mA మోడ్‌లో పనిచేస్తుంది, ఎందుకంటే ఈ రూపంలో డిజిటల్ సిగ్నల్‌ను పునరుత్పత్తి చేయడం సులభం. లాజిక్ స్థాయిల యొక్క ఖచ్చితత్వం ఇక్కడ అంత ముఖ్యమైనది కాదు, కాబట్టి లూప్ కరెంట్ మూలం చాలా ఎక్కువ అంతర్గత నిరోధకతను కలిగి ఉండదు మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ ఖచ్చితత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

పైన ఉన్న రేఖాచిత్రంలో, 24 V సరఫరా వోల్టేజ్‌తో, రిసీవర్ యొక్క ఇన్‌పుట్ వద్ద 0.8 V పడిపోతుంది, అంటే 1.2 kΩ రెసిస్టర్‌తో, కరెంట్ 20 mA అవుతుంది. కేబుల్‌లోని వోల్టేజ్ డ్రాప్, దాని నిరోధకత మొత్తం లూప్ రెసిస్టెన్స్‌లో 10% అయినప్పటికీ, ఆప్టోకప్లర్‌లో వోల్టేజ్ తగ్గడం వంటి వాటిని నిర్లక్ష్యం చేయవచ్చు.ఆచరణలో, ఈ పరిస్థితుల్లో, ట్రాన్స్మిటర్ ప్రస్తుత మూలంగా పరిగణించబడుతుంది.