حلقه جریان 4-20 میلی آمپر چیست؟ مزایا و معایب آن

در این پست به بررسی حلقه جریان 4-20 میلی آمپر و مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت. حلقه جریان 4-20 میلی آمپر استاندارد برای انتقال سیگنال است.
ما از انواع مختلفی از سیگنال ها در دنیای کنترل فرآیند استفاده می کنیم. آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD) و ترموکوپل ها خوانش مستقیم دما را ارائه می دهند. از سوی دیگر سیگنال های دیجیتالی مانند Modbus کنترل دقیق متغیرهای فرآیند و نمایش آنها را فراهم می کند.
سیگنال های آنالوگ که اطلاعات فرآیند از طریق آنها مخابره می شود دارای سطوح مختلف ولتاژ یا جریان هستند. سیگنال جریان 4-20 میلی آمپر امروزه بیشتر در صنایعی که نیاز به کنترل فرآیند دارند استفاده می شود.
به منظور انتقال اطلاعات متغیر فرآیند (PV)، سیگنال آنالوگ، حلقه جریان 4-20 میلی آمپر استاندارد رایج در صنعت است. اگرچه این استاندارد یکی از اصلی‌ترین استانداردها در صنعت کنترل فرآیند است، در این مقاله اجازه دهید اصول پیکربندی و استفاده از آن را مورد بحث و درک قرار دهیم.

یک حلقه جریان 4-20 میلی آمپر چگونه کار می کند؟

برای درک اینکه یک حلقه جریان مستقیم 4-20 میلی آمپر (DC) چیست و چگونه کار می کند، باید رابطه ای بین ولتاژ، جریان و مقاومت بدانیم.
فرمول مورد نیاز ما تا حدودی ساده است: V = I x R. این قانون اهم است. چیزی که نشان می دهد این است که ولتاژ (V) برابر است با شدت جریان (I) ضرب در مقاومت (R). این یک معادله اساسی در مهندسی برق است.
مدار DC زیر را در نظر بگیرید که از یک منبع تغذیه و سه بار تشکیل شده است. یک حلقه جریان برای تولید جریان به ولتاژ نیاز دارد، این ولتاژ توسط منبع تغذیه تامین می شود که در نمودار به صورت “V Total” نشان داده شده است.
سپس جریان از حلقه عبور می کند و از هر بار که عبور می کند با استفاده از قانون اهم می توانیم افت ولتاژ هر بار را محاسبه کنیم. در سراسر مقاومت R 1 افت ولتاژ V 1 است .

اجزای یک حلقه 4-20 میلی آمپر

بیایید شروع کنیم به درک دقیق نحوه عملکرد حلقه. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، یک سیم فیزیکی به سنسور، ترانسمیتر، منبع تغذیه و گیرنده متصل است. گیرنده می تواند یک کنترلر یا نشانگر DCS باشد.

سنسور

اول از همه، باید نوعی حسگر وجود داشته باشد که یک متغیر فرآیند را اندازه گیری کند. سنسور معمولا دما، رطوبت، جریان، سطح یا فشار و غیره را اندازه گیری می کند. فناوری گنجانده شده در سنسور بسیار متفاوت است. این بستگی به طراحی سنسور برای یک اندازه گیری خاص دارد.

ترانسمیتر

دوم، صرف نظر از هر چیزی که سنسور نظارت می کند، باید راهی برای تبدیل اندازه گیری به سیگنال جریان بین 4 تا 20 میلی آمپر وجود داشته باشد. اینجاست که ترانسمیتر وارد عمل می شود.

منبع تغذیه

برای تولید سیگنال باید منبع انرژی وجود داشته باشد. درست مانند قیاس سیستم آب که باید منبع فشار وجود داشته باشد.
ولتاژهای رایج زیادی 9 ولت، 12 ولت، 24 ولت وجود دارد که بسته به پیکربندی مورد نیاز، از حلقه های جریان 4-20 میلی آمپر استفاده می کنیم.

حلقه

علاوه بر منبع تغذیه مناسب، باید یک حلقه نیز وجود داشته باشد. حلقه به ویژه به سیم متصل کننده سنسور به گیرنده ای اشاره دارد که سیگنال 4-20 میلی آمپر را دریافت می کند و سپس به ترانسمیتر باز می گردد. در حلقه، مطابق با اندازه گیری سنسور، سیگنال جریان در محدوده 4-20 میلی آمپر بر این اساس توسط ترانسمیتر تنظیم می شود.

گیرنده

در نهایت، گیرنده دستگاهی در جایی در حلقه است که می تواند سیگنال فعلی را دریافت و بخواند. این سیگنال فعلی باید به واحدهایی ترجمه شود که اپراتورها آن را به راحتی درک کنند. نمایشگرهای دیجیتال، کنترل‌کننده‌ها، محرک‌ها و شیرها قطعات متداول تجهیزاتی هستند که به یک حلقه متصل می‌شوند.
این اجزا تمام آنچه برای تکمیل یک حلقه جریان 4-20 میلی آمپر لازم است هستند. سنسورها متغیر فرآیند را اندازه گیری می کنند، در حالی که ترانسمیتر اندازه گیری مربوطه را به سیگنال جریان تبدیل می کند. از طریق یک حلقه سیم، سیگنال فعلی به یک گیرنده منتقل می شود و گیرنده آن سیگنال را نمایش می دهد یا عملی را روی آن انجام می دهد.

خلاصه حلقه های جریان 4-20 میلی آمپر

حلقه جریان 4-20 میلی آمپر سیگنال اصلی کنترل فرآیند در بسیاری از صنایع است. این یک روش عالی برای انتقال اطلاعات فرآیند است زیرا جریان با مسافت طی شده کاهش نمی یابد.

مزیت – فایده – سود – منفعت

حلقه جریان 4-20 میلی آمپر استاندارد عمومی در بسیاری از صنایع است.
این یک گزینه آسان برای اتصال و پیکربندی است.
از اتصالات و سیم کشی بسیار کمتری نسبت به سیگنال های دیگر استفاده می کند و هزینه ها را به شدت کاهش می دهد.
سیگنال 4-20 میلی آمپر برای سفرهای طولانی بهترین است، جریان مانند ولتاژ کاهش نمی یابد.
سیگنال فعلی نسبت به نویز الکتریکی حساسیت کمتری دارد.
از آنجایی که 4 میلی آمپر برابر با 0٪ سیگنال است، تشخیص خطا در سیستم آسان می شود.

معایب

حلقه فعلی محدود به انتقال یک سیگنال فرآیند خاص است.
برای هر متغیر فرآیند، باید حلقه جریان 4-20 میلی آمپر جداگانه وجود داشته باشد. بنابراین، تعداد حلقه های 4-20 میلی آمپر در صورت بیشتر بودن متغیرهای فرآیند بیشتر است. برای عایق بندی مناسب به حلقه های مستقل نیاز است، در غیر این صورت می تواند باعث ایجاد مشکل در حلقه های زمین شود.

این الزامات جداسازی با افزایش تعداد حلقه ها به طور قابل ملاحظه ای پیچیده تر می شوند.