Sensor uitgangssignalen meten

In de moderne wereld, die niet in zijn huidige vorm zou bestaan zonder procesbesturing, zijn er talloze verschillende soorten proces signalen. Een daarvan is het  analoge signaal,  die bijvoorbeeld te vinden is in thermokoppels en weerstandstemperatuursensoren met analoge uitgang. Een ander type zijn digitale signalen, waarmee procesvariabelen nauwkeurig kunnen worden geregeld en gegevens kunnen worden weergegeven.

Momenteel zijn analoge signalen, vooral 4-20mA het dominante ingangstype en de standaard voor signaaloverdracht bij procesbesturing in de industrie. Ze worden vaak gebruikt voor de overdracht van waarden als temperatuur, druk, vochtigheid of flow.

Analoge en digitale sensoren

Er zijn twee soorten sensoren per signaal:

• digitaal – wordt het oorspronkelijke signaal teruggebracht tot bits (enen en nullen).

• analoog – wordt het oorspronkelijke signaal elektrisch traploos.

Wat is 4-20 mA uitgang?

De 4-20 mA stroomlus is een eenvoudige analoge methode om informatie van sensoren over te brengen.

De componenten waaruit een stroomkring bestaat:

• sensor – het circuit dat de gemeten fysieke waarde omzet in een elektrische waarde.

• stroom omvormer/zender – zet het uitgangssignaal van de sensor om in een stroomsignaal wat overeenkomt met de 4-20 mA standaard.

• DC spanningsbron – meestal 24 V.

• stroomkring die bestaat uit aansluitdraden. Deze hebben hun eigen draadweerstand, wat moet worden meegeteld in de weerstandkring, dit is vooral belangrijk voor bekabeling over lange afstanden.

• ontvanger – het apparaat dat de meetresultaten ontvangt en uitleest.

• stroomkring belasting– om een stroomkring goed te laten functioneren, heeft deze voldoende spanning nodig. Om dit te berekenen moet de maximale spanning in de lus bekend zijn én de weerstand van alle componenten te samen.

  De weerstandkring bestaat uit vier elementen: een grafische datalogger, een ontvanger, een zender en bekabeling.

  Als we de weerstand van de datalogger en de ontvanger kennen, is het mogelijk om met behulp van de wet van Ohm de spanningsval over deze elementen te berekenen.

Voordelen en nadelen van een 4-20 mA stroomkring

Voordelen

• standaard in vele toepassingen en industrieën – eenvoudig aan te sluiten

• bestand tegen elektrische ruis en interferentie – elektromagnetische interferentie wordt als spanningssignaal overgebracht op de signaallijnen, dit beïnvloedt de stroom en ingangsweerstand van de ontvanger

• makkelijke optie om aan te sluiten en te configureren

• minder bedrading, dus minder installatiekosten

• beste keuze voor signaaloverdracht bij lange afstanden –  de stroom in een 4-20 mA kring vermindert niet zo sterk als de spanning op lange leidingen

• eenvoudige foutdetectie (bijv. sensorkabel gebroken) omdat de 4mA stroom gelijk is aan 0% van het uitgangssignaal en 0mA een draadbreuk aangeeft

Nadelen

• hoog stroomverbruik vergeleken met een sensor met een spanningssignaal

• minimale voedingsspanning van 10 VDC, wat de mogelijkheden van batterijvoeding beperkt

• 4-20 mA stroomkringen kunnen slechts één specifieke sensor of processignaal per lus verzenden.

• Voor toepassingen waarbij meerdere sensorsignalen of procesuitgangssignalen moeten worden verzonden, zijn meerdere kringen nodig

• bij een grote hoeveelheid veldbedrading, kan dit leiden tot aardlusproblemem als onafhankelijke stroomkringen niet goed van elkaar geïsoleerd zijn

Universele ingangen op compacte regelaars van JUMO

De meeste compacte regelaars van JUMO hebben universele analoge ingangen waarop componenten zoals een sensor worden aangesloten om de actuele waarde te registreren. In de meet— en regeltechniek wordt de overdracht van de meetwaarde met standaardsignalen uitgevoerd. Hiervoor wordt voornamelijk een stroomsignaal van 4 tot 20 mA gebruikt, maar  0 tot 20 mA, 2 tot 10 V en 0 tot 10 V signalen zijn ook beschikbaar. De grafiek toont de overdracht van informatie over de gemeten drukwaarde met behulp van een 4 tot 20 mA signaal:

4..20 mA druktransmitter – aansluiting en analoge meting

De afgebeelde JUMO dTRANS p20 druksensor meet de relatieve druk van 0 tot 10 bar en geeft deze informatie via een analoog signaal van 4 tot 20 mA door aan de procesregelaarJUMO DICON touch. De universele regelingang is ingesteld op 4 tot 20 mA en geschaald op 0 tot 10 bar. De gemeten drukwaarde is beschikbaar in de regelaar en alle instellingen hebben betrekking op de geschaalde eenheid (bar). De voeding levert de voltage voor de druktransmitter.

4-20 mA temperatuursensor

JUMO heeft een uitgebreid assortiment sensoren met analoge 4 20 mA uitgang, zoals de Pt100 temperatuursensor met geïntegreerde 4-20mA meetomvormer de JUMO E temp B.

Over de auteur