Tín hiệu 4-20mA | Cách đo dòng 4-20mA | Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA

Tín hiệu 4-20mA, 0-20mA, tín hiệu analog dạng áp 0-5V hay 0-10V đều là tín hiệu analog trong công nghiệp thường sử dụng. Vậy vì sao mà tín hiệu 4-20mA lại được tin dùng và trở thành tín hiệu analog chuẩn trong công nghiệp? Bài viết này sẽ cho bạn biết câu trả lời.

Cùng tìm hiểu nhé các bạn!

Tóm Tắt Nội Dung

Tín hiệu 4-20mA là gì

Tín hiệu 4-20mA là gì? Đây là câu hỏi mà cho đến bây giờ, các bạn sinh viên vừa ra trường bước vào phòng kỹ thuật trong các nhà máy đều ngơ ngác hỏi. Có chăng là chương trình giáo dục đại học đang không theo kịp thời đại, sự thay đổi công nghệ trong công nghiệp?

Quay lại câu hỏi trên. Mình xin mạn phép trả lời là: Tín hiệu 4-20mA là tín hiệu analog dòng điện có giá trị từ 4mA đến 20mA. Những giá trị nào nằm ngoài đều được coi là tín hiệu báo lỗi, tín hiệu cho thấy sự cố.

Trước kia, chúng ta quen thuộc với tín hiệu analog dạng áp, ví dụ như: 0-5V, 0-10V,… Nhưng trong quá trình sử dụng, tín hiệu áp như 0-5V, 0-10V ngoài việc khó phát hiện lỗi ở mức thấp, thì chúng dễ bị nhiễu trên đường truyền. Vì chúng rất nhạy cảm với các khu vực có điện lưới đi qua, tủ điện, biến tần, motor đang chạy đều có thể gây nhiễu cho tín hiện analog dạng áp.

Sau đó là sự xuất hiện của tín hiệu analog dòng 0-20mA. Qua quá trình thí nghiệm, áp dụng thì tín hiệu 0-20mA cũng có nhiều nhược điểm. Ví dụ như: khi tín hiệu lỗi ở mức thấp, tức là mức 0mA sẽ không thể phân biệt được với tín hiệu bình thường ở mức 0mA. Chính vì thế, mà sau này các nhà khoa học mới nâng lên mức 4-20mA để loại trừ nhược điểm của tín hiệu 0mA.

Đó là lý do cho sự xuất hiện của tín hiệu 4-20mA.

Tín hiệu 4-20mA truyền được bao xa

Về lý thuyết trong phòng thí nghiệm thì tín hiệu 4-20mA có thể truyền đi rất xa, với khoảng cách lên đến 1200m. Nhưng trong thực tế, thì dây truyền tín hiệu analog 4-20mA phải đi qua các hệ thống, vì thế chúng có thể bị giới hạn về khoảng cách để đảm bảo tín hiệu còn sạch và tin cậy. Và việc tín toán cụ thể truyền được bao xa thì chúng ta cần phải xem xét lại nguồn phát cũng như các tác nhân ảnh hưởng trên đường truyền. Từ đó mới đưa ra được khoảng cách truyền đáng tin cậy.

Để khắc phục cũng như hỗ trợ chống nhiễu cho tín hiệu 4-20mA truyền đi xa, tránh ảnh hưởng của những đường điện lưới điện áp cao cũng như là ảnh hưởng của các motor công suất lớn. Thì việc sử dụng các thiết bị chống nhiễu, khuếch đại hay cách ly tín hiệu là cần thiết. Một số thiết bị được mình giới thiệu ngay bên dưới đây.

Nguồn 4-20mA loop power

Nguồn 4-20mA loop power chúng ta có thể tạm hiểu là nguồn và truyền tín hiệu 4-20mA đồng thời. Vậy có nghĩa là chúng chỉ cần sử dụng 2 dây cho cấp nguồn và truyền tín hiệu đồng thời. Nghe thật khó hiểu đúng không nào? Cấp nguồn thì phải có 2 dây nguồn + dây truyền tín hiệu chứ? Vâng, bạn nói đúng. Đó là nguồn 4-20mA active. Còn 4-20mA loop power là nguồn passive.

Nhân tiện đây mình cũng chia sẻ thêm,

Tín hiệu 4-20mA active là gì? Là tín hiệu 4-20mA 3 dây, tức là tín hiệu có nguồn cấp. Trong đó, 2 dây cấp nguồn và một dây tín hiệu. Loại tín hiệu này thường thấy nhất là các cảm biến đo độ đục, đo pH nước,..Chúng cần có nguồn nuôi, và tốn dây hơn. Hơn nữa do cần nguồn nuôi nên chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu.

Tín hiệu 4-20mA passive thì chỉ có 2 dây cho cấp nguồn và truyền tín hiệu. Sơ đồ sau thể hiện điều đó. Với loại tín hiệu này, nếu thiết bị nhận tín hiệu không hỗ trợ thì chúng ta cần phải có nguồn riêng để đấu nối, ví dụ như đấu với PLC.

Cách đo dòng 4-20mA

Có khá nhiều cách đo dòng 4-20mA. Nhưng để đảm bảo độ nhuyễn và tính chính xác cao nhất. Thì nói thật, mình khuyên các bạn nên tìm hiểu các đồng hồ chuyên đo dòng 4-20mA.

Đồng hồ đo dòng 4-20mA

Đồng hồ đo dòng 4-20mA thường dùng để đo, phát và kiểm tra tín hiệu của các thiết bị như cảm biến, bộ chuyển đổi, tín hiệu điều khiển từ PLC, hệ thống,… Mình thường sử dụng một thiết bị có tên là Test-4 của hãng Seneca.

Bộ thiết bị này chúng có một số tính năng như sau, mình giới thiệu qua luôn nhé:

Phát dòng điện analog 0-20mA/ 4-20mA dạng 4-20mA signal hoăc 4-20mA loop power (active và passive).
Phát điện áp từ 0…11Vdc
Đo dòng điện analog 4-20mA/ 0-20mA trực tiếp trên cảm biến 2 dây loop power hoặc tín hiệu 4-20mA/ 0-20mA có nguồn dòng (analog signal)
Đo điện áp từ 0..11Vdc
Phát dòng điện chính xác micro miliampe (umA) từ 0.000mA … 21.000mA
Phát điện áp chính xác micro Voltage (uV) từ 0.000uV … 11.000V
Đo điện chính xác micro miliampe (umA) từ 0.000mA … 21.000mA
Đo điện áp chính xác micro Voltage (uV) từ 0.000uV … 11.000V

Sơ sơ như vậy thôi là các bạn thấy sức mạnh của thiết bị này rồi phải không nào? Ngoài ra, chúng còn nhiều chức năng nữa, có dịp mời các bạn ghé văn phòng mình test thử.

Bộ phát tín hiệu 4-20mA Test-4 Seneca

Mục đích của việc phát tín hiệu để làm gì? Nhiều bạn kỹ thuật thường không nghĩ đến những trường hợp như thế.

Ví dụ như: Bạn lập trình một hệ thống dùng PLC. Nhưng trong giai đoạn test, bạn không thể nào đổ chương trình vào hệ thống của nhà máy để lấy tín hiệu từ các cảm biến được. Thì đây là lúc bạn cần đến một bộ giả lập, bộ phát tín hiệu 4-20mA để kiểm tra chương trình.

Hay như, trên hệ thống đang hoạt động, bỗng nhiên có trục trặc từ cảm biến áp suất chẳng hạn. Bạn không thể nào thay con đó ra, bỏ con khác vào test. Đó cũng là một cách làm nhưng mất thời gian và thiếu chuyên nghiệp. Thì đây, có bộ phát tín hiệu Test-4 trong tay. Bạn thừa sức để kiểm tra tình trạng của cảm biến.

Bộ chia tín hiệu 4-20mA

Bạn nghĩ, khi đã sử dụng tín hiệu 4-20mA rồi thì sẽ không cần đến bộ chia tín hiệu. Có thể bạn đúng, nhưng trong trường hợp mà chúng ta cần tín hiệu từ cảm biến áp suất hay nhiệt độ truyền tín hiệu về 2 nơi xử lý. Thì làm thế nào? Không lẽ mỗi vị trí đo lắp 2 con cảm biến?

Vậy đó là lúc cần dùng đến bộ chia tín hiệu 4-20mA. Mặt khác, chức năng của bộ chia tín hiệu còn có thể chia thành tín hiệu 0-20mA, 4-20mA, hay tín hiệu áp 0-10V dùng cho các thiết bị điều khiển đời cũ.

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA thường là những giải pháp cho các trường hợp như tín hiệu không tương thích giữa đầu vào và đầu ra.

Ví dụ như tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ là tín hiệu điện trở. Một số dòng PLC sẽ không giải mã được tín hiệu này. Vì thế cần đến các bộ chuyển đổi để chuyển tín hiệu điện trở thành tín hiệu analog 4-20mA hay 0-5V.