Bộ Phát Dòng 4-20mA

Bộ phát dòng 4-20mA dùng để tạo ra một nguồn dòng có giá trị từ 0-20mA hoặc từ 4-20mA hay 0-10V tương tự như tín hiệu ngõ ra analog của các cảm biến đo mức , cảm biến đo áp suất , cảm biến nhiệt độ , đồng hồ đo lưu lượng …Mục đích của việc phát dòng 4-20mA hay 0-10V nhằm giả lập tín hiệu ngõ ra của các thiết bị đo khi bị hư hỏng hay bị sự cố mà không có thiết bị thay thế.

Có nhiều thiết bị cũng như nhiều cách phát dòng khác nhau trong đó cách phổ biến nhất chính là dùng các thiết bị chuyên dụng với độ chính xác cao hoặc tự tạo một bộ phát dòng 4-20mA.Bộ phát dòng 4-20mA hoạt động dựa trên nguyên tắc dùng một biến trở để điều chỉnh giá trị cần phát dòng từ 0.000…20.000mA.

Đơn giản,rẻ tiền chính là chúng ta tự tạo ra bộ phát dòng 4-20mA bằng một biến trở và một bộ chuyển đổi tín hiệu biến trở sang 4-20mA.Việc này đòi hỏi chúng ta phải có một tí kiến thức về kỹ thuật để thực hiện.

Tự Tạo Bộ Phát Dòng 4-20mA

Để tạo ra được một bộ phát dòng 4-20mA chúng ta cần phải có thiết bị bao gồm : một con biến trở có độ phân giải càng cao càng tốt và một bộ chuyển đổi tín hiệu có độ phân giải cao.

Biến trở chính xác cao

Biến trở có độ phân giải càng cao thì tín hiệu ngõ ra của chúng ta càng mịn.Chính vì thế chúng ta nên đầu tư một chút khi cần tạo nguồn dòng 4-20mA bằng cách tự làm mạch phát ra 4-20mA.

Nguyên lý tạo dòng 4-20mA

Để thực hiện tạo dòng 4-20mA chính xác chúng ta cần tìm một bộ chuyển đổi tín hiệu nhận giá trị biến trở và chuyển đổi thành giá trị 4-20mA.Điều quan trọng là chúng ta phải chọn thiết bị có độ phân giải càng cao càng tốt để tín hiệu đưa ra chính xac nhất.

Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA

Sẽ có rất nhiều lựa chọn khi tìm hiểu và đưa ra quyết định mua bộ chuyển đổi tín hiệu ở đâu.Tôi sẽ đưa ra vài hướng dẩn cụ thể cách chọn bộ chuyển đổi tín hiệu sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế của từng nhà máy.

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi tín hiệu K121

• Nguồn cấp 7…30Vdc loop power trên tín hiệu ngõ ra. Tức là không cần cấp nguồn nuôi thiết bị
• Độ phân giải 16 bit
• Input nhận giá trị biến trở từ  0-10 KΩ
• Output ngõ ra dạng 4-20mA loại 2 dây đấu loop với nguồn 24Vdc
• Cách ly chống nhiễu tại 1.5 KVac
• Thời gian đáp ứng 140…620ms
• Độ phân giải : 0.000mA …. 20.000mA

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi Z109REG2-1

• Nguồn cấp : 10…40Vdc , 19…28Vac
• Độ phân giải 16 bit
• Input nhận giá trị từ 0-25 KΩ
• Output ngõ ra dạng 4-20mA / 0-20mA ( Active / Passive ) / 0-10V / 0-5V
• Cách ly chống nhiễu tại 3.75 KVac
• Thời gian đáp ứng 35ms …. 140ms
• Độ phân giải : 0.000mA …. 20.000mA và 0.000V … 10.000V

Nhìn vào thông số của hai  bộ chuyển đổi trên chúng ta thấy rất rõ bộ chuyển đổi Z109REG2-1 có thông số vượt trội về tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu ra , khả năng chống nhiễu cũng như thời gian đáp ứng nhanh hơn.

Tất nhiên một điều là bộ chuyển đổi tín hiệu K121 sẽ có giá thành thấp hơn so với bộ chuyển đổi Z109REG2-1.Trong trường hợp này tôi chọn bộ chuyển đổi Seneca Z109REG2-1 để làm mạch tạo dòng 4-20mA bằng tay.

Biến trở có 3 chân trong đó có một chân là chân chạy,nếu có kinh nghiệm làm mạch điện tử thì chúng ta chỉ cần nhìn vào là biết chân nào là chân chạy.Nếu không biết thì chúng ta cần dùng tới một đồng hồ VOM bằng cơ hoặc điện tử để xác định chân chạy của biến trở.

Cách xác định chân chạy của biến trở :

• Chọn thang đo điện trở trên VOM
• Đo hai chân bất kỳ của biến trở
• Vặn núm xoay của biến trở theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại
• Xem giá trị trên đồng hồ , nếu giá trị thay đổi thì một trong hai chân là chạy.
• Tiếp tục chọn hai chân bất kỳ tiếp theo và làm tương tự. Như vậy trong 2 lần có một chân được dùng hai lần thì chân này chính là chân chạy hay còn gọi là dây chạy của biến trở

Chân chạy của biến trở chính là chân làm thay đổi giá trị của biến trở từ 0% cho đến 100% tương ứng với giá trị ghi trên biến trở . Tôi lấy ví dụ 0-1 Kohm thì chân chạy này sẽ thay đổi giá trị từ o ohm cho tới 1000 ohm ( 1000 ohm = 1K ohm ).

Điều quan trọng nhất chính là kết nối dây sao cho chân chạy của biến trở kết nối đúng với chân chạy của bộ chuyển đổi Z109REG2-1.Trên thiết bị chuyển đổi Z109REG2-1 có ghi hình ảnh rất rõ ràng chân chạy là chân số 12.Hai chân còn lại của biến trở và bộ chuyển đổi Z109REG2-1 có thể lắp lẩn nhau được mà không cần xác định đầu – cuối.

Ngõ ra của bộ chuyển đổi Z109REG2-1 có hai dạng :

• Dòng 0-20mA hoặc 4-20mA có áp tức là có nguồn áp trên đó ( 12Vdc )
• Dòng 0-20mA hoặc 4-20mA không có áp tức là đo bằng VOM không thấy có nguồn áp ( 12Vdc )
• Áp 0-10V
• Áp 0-5V
• Nguồn áp 2-10V
• Nguồn áp 1-5V
• Điều đặc biệt là chúng ta có thể tuỳ chọn bất kỳ giá trị ngõ ra nào mong muốn chứ không phải thang chuẩn của analog

Bộ Phát Dòng 4-20mA Chính Xác Cao | TEST-4

Nói đến chính xác cao thì chúng ta nghĩ ngay đến các thiết bị chuyên dùng để phát dòng analog 4-20mA hoặc 0-10V.Có rất nhiều thiết bị của các thương hiệu nổi tiếng như : Fluke , Emetek , Yokogawa , Seneca … Trong bài này tôi xin giới thiệu bo phat dong 4-20ma hoac 0-10V của Seneca TEST-4.

Thiết kế đơn giản, dể sử dụng, pin lâu, hiện thị độ phân giải cao, độ chính xác cao chính là những gì mà bộ phát dòng 4-20mA 0-10V Seneca TEST-4 có được.

Thông số kỹ thuật bộ phát dòng 4-20mA 0-10V Seneca TEST-4

• Pin loại 2 NiMh AA – 2650 mAh có thể dùng liên tục 8h và hổn hợp 20 giờ liên tục
• Pin loại pin sạc từ nguồn 100…240Vac
• Phát dòng chính xác từ 0.001mA tương đương 1 micro mili ampe và 0.001V tương đương 1 micro mili voltage
• Phát dòng từ 0.001 … 21.000mA và 0.001V ….11.000Vdc
• Đo dòng từ 0.001 … 21.000mA và 0.001V ….11.000Vdc
• Trọng lượng : siêu nhẹ chỉ 250g
• Kích thượt nhỏ gọn chỉ có 140 x 75 x 33 mm
• Tiêu chuẩn đạt IP20
•  Sai số 0.1% trên độ phân giải màn hình
• Màn hình hiển thị Oled mày vàng dùng được trong bóng tối
• Tiêu chuẩn : EN61000-6-4; EN61000-6-2; EN61010-1
• Nút nhấn ON/OFF kim luôn thoát ECS
• Nút nhấn Selec vừa làm biến trở vừa làm nhiệm vụ lựa chọn Menu trên màn hình
• TEST-4 sẽ tự động tắt màn hình sau 7 phút không có tác dụng
• Báo lỗi tại : V>11V , V<-0.2V , >21mA , <-0.1mA
• Dây que đo dài 2m
• Cách phát dòng đơn giản chỉ cần chọn chế độ phát dòng và cắm hai que đo vào nguồn cần phát dòng 4-20mA

Việc sử dụng bộ phát nguồn tích hợp sẵn của nhà sản xuất giúp chúng ta dể dàng phát dòng 4-20mA mà không cần tạo mạch phát dòng.Tất nhiên,tuỳ thuộc vào công năng sử dụng mà chúng ta chọn cách phù hợp với nhu cầu thực tế.

Hướng dẫn sử dụng TEST-4

Để đo Áp 0-10V chúng ta chọn Measure => Voltage

Để đo Dòng 4-20mA chúng ta chọn Measure => Current

Để đo Dòng 4-20mA (Active ) chúng ta chọn Measure => ACT.Current

• Đối với đo dòng hay đó áp chúng ta chỉ cần cắm 02 que đỏ và đen vào trực tiếp vào Output ( + ) và ( – ) của cảm biến.
• Không cần cấp nguồn cho cảm biến 4-20mA kể cả cảm biến 2 dây hoặc 3 dây.

Như vậy, TEST-4 thật hữu dụng khi dùng để kiểm tra tín hiệu của cảm biến còn sống hay chết và kiểm tra tín hiệu cảm biến ra chuẩn hay không.

Để phát Áp 0-10Vchúng ta chọn Generation => Manual => Voltage

Để phát Dòng 4-20mA chúng ta chọn Generation => Manual =>  Current

Để phát Dòng 4-20mA Passive chúng ta chọn Generation => Manual =>  Pass.Current

• Khi màn hình hiển thị 00.000 chúng ta xoay núm vặn tại trung tâm để tăng – giảm giá trị cần phát ra lớn nhất 20.000mA hoặc 11.000V
• Ấn xuống để di chuyển con trỏ sang cột lớn hơn. Vd bạn muốn thay đổi từng 1mA thì bạn ấn xuống 3 lần để con trỏ di chuyển tới vị trí thứ 2 tính từ bên trái sang.
• Để thoát chế độ phát dòng chúng ta chọn nút ESC

Như vậy, bộ phát dòng 4-20mA / 0-10V có thể giả lập luôn cả tín hiệu 4-20mA 2 dây tương tự như các cảm biến áp suất thường sử dụng và giả lập cả cảm biến 4-20mA 3-4 dây như cảm biến radar hay tín hiệu từ PLC phát ra.

Điều này đặc biệt hữu dụng khi dùng TEST-4 để hiệu chuẩn van điều khiển, cảm biến áp suất, cảm biến chênh áp, đồng hồ đo lưu lượng, cảm biến đo mức và các thiết bị khác.

Ứng dụng TEST-4 trong thực tế

Ngoài chức năng phát dòng thì bộ TEST-4 còn có khả năng đo dòng với độ chính xác cao mà ít có thiết bị nào trên thị trường có thể đáp ứng được. Các đồng hồ đo dòng 4-20mA trên thị trường không thể đo được các tín hiệu 4-20mA một cách đơn giản & dể dàng bởi các đồng hồ này là đồng hồ đa năng.

Sự khác nhau của tín hiệu 4-20mA giữa cảm biến áp suất và tín hiệu 4-20mA từ PLC hay đồng hồ đo lưu lượng mà không phải đồng hồ đo tín hiệu 4-20mA đều đo được. Tín hiệu 4-20mA từ cảm biến áp suất là loại tín hiệu 4-20mA không có nguồn áp, còn tín hiệu 4-20mA trên PLC là tín hiệu 4-20mA có nguồn áp. Chúng ta cùng tìm hiểu cách đo tín hiệu 4-20mA của TESt-4.

Đo tín hiệu 4-20mA cảm biến áp suất bằng TEST-4

Đầu tiên chúng ta cần biết rằng tín hiệu 4-20mA của cảm biến áp suất là tín hiệu 4-20mA passive tức là tín hiệu không có nguồn dạng 2 dây. Để truyền về PLC chúng ta cần cấp một nguồn Loop 24Vdc, tương tự cách đo của TEST-4 với cảm biến áp suất cũng như vậy.

Để làm được điều này bản thân bộ TEST-4 sẽ phát ra một áp max 11V giữa hai cực Dương và Âm để cung cấp nguồn cho các Transducer có tín hiệu dạng 4-20mA 2 dây passive. Việc cần làm để đo tín hiệu 4-20ma của cảm biến áp suất hay các bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ chỉ cần cắm hai que đo của TEST-4. Quá đơn giản đúng không ? Thế nếu đo tín hiệu 4-20mA từ PLC hay đồng hồ đo lưu lượng thì đo như thế nào ? Chúng ta cùng tìm hiểu nhé.

Đo tín hiệu 4-20mA PLC – Biến Tần – Đồng Hồ Lưu Lương Bằng TEST-4

Đối với đo dòng 4-20mA từ ngõ ra Output của PLC chúng ta chỉ cần đảo ngược đầu dây lại tương ứng : dây đỏ với chân Âm 4-20mA của PLC và dây đen tương ứng chân Dương 4-20mA của PLC . Tương tự với các thiết bị khác như : đồng hồ đo lưu lượng nước, biến tần, cảm biến đo PH có ngõ ra 4-20mA đều dùng được với đồng hồ đo dòng 4-20mA TEST-4 một cách đơn giản.

Đo tín hiệu Analog 0-10V chính xác cao với TEST-4

Ngoài việc đo tín hiệu 4-20mA thì TEST-4 còn có thể đo được tín hiệu 0-10V với độ chính xác cao có độ phân giải từ 0.0001 …10.000 mili voltage. Tức là độ đo áp 0-10V sẽ có độ chính xác cao tới 1/1000. Đó là lý do tại sao thiết bị đo TEST-4 chỉ có hai chức năng đo và phát tín hiệu 4-20mA / 0-10V. độ ổn định, chính xác cao, sử dụng đơn giản, thiết kế nhỏ gọn là những gì dân kỹ thuật cần.

Nếu có thắc mắc, tư vấn về thiết bị phát nguồn 4-20mA kim đo dòng 4-20ma / 0-10V hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn. Chúng tôi tin rằng những chức năng đang có trên TEST-4 hữu dụng thực tế mà không quá thừa như các thiết bị khác.

Chúc mọi người thành công !

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa

Mobi : 0937 27 55 66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn