Current Loop olarakta bilinen 4-20mA, bir sensör sinyal aktarım standardıdır. Akım döngüsünde sinyal akımı tüm cihazlara doğru akar. Loop’taki tüm cihazlar maksimum 20mA’de olduğu zaman toplam gerilim düşümünden fazla olursa sinyal akımı bu gerilim düşümünden etkilenmez.
Şemada görüldüğü üzere güç kaynağından sağlanan akım vericiye, direnci olan(RW) kablolar ile akar. 4-20mA transmitter döngü içerisinde akım değerini düzenler. Loop akımı kontrolcüye kablolar ile taşınır. R direnci üzerinden toprağa ve güç kaynağına geri döner.
4-20mA Döngüsünün Temel Elemanları
- Güç kaynağı
- Transmitter
- Loop akımını gerilime dönüştüren bir direnç (normalde bu direnç kontrolcü kartının içinde vardır.)
- Bütün cihazları birbirine bağlayan kablo.
Transmitter
Basınç, akış, debi, sıcaklık gibi fiziksel büyüklükleri elektrik sinyaline çeviren sensörlerdir. Bilgi aktarımı için kullanır. 2 telli ve 4 telli transmitterler vardır. Değerlendirilmesi sırasında 0…20mA, 4…20mA ve DC 0…10V çıkış sinyali değerlerine de dikkat edilerek seçim yapılır. Sonrasında sensör çıkışı PLC üzerindeki I/O kartına bağlanır.
Döngü(Loop) Kabloları
Kablo üzerinde akan akım, kablonun uzunluğu ve kalınlığına bağlı olarak bir voltaj düşüşü üretir. Loop kabloları uzunluk başına ohm cinsinden dirence sahiptir. Kablo üzerindeki gerilim düşümü Ohm kanunu kullanılarak hesaplanır.
E=Ix RW
E= Direnç üzerindeki gerilim (Volt)
I = Kablo üzerindeki akım (Amper)
RW= Kablo direnci (Ohm)
Tipik bir 4-20 mA döngü içinde akan akım küçük olduğundan kablo üzerindeki gerilim düşümü de düşüktür. Kablo seçiminde dikkat edilmesi gereken enstrümana bağlanacak mesafedir.
Ölçüm Sinyalini Ne Kadar Uzağa Taşıyabiliriz?
4-20mA sensörün mesafe limiti teorik olarak transmitter alıcının yük direnci limitine bağlıdır. Tipik olarak, bir 4-20mA transmitterin 500Ω ile 1000Q arasında bir yük sınırı olur. Küçük iletkenlerin daha büyük dirençleri vardır.
Neden 4-20mA?
30mA’lik bir akım değeri insan kalbini durdurabilir. 30mA altında insana zarar vermeyecek bir değer olmalıdır. Bu nedenle insana zarar vermeyecek bir değer olmalıdır. Değer olarak 20mA seçilmiştir.
Yarı iletken bir cihazın çalışması için 3mA akım gerekir. Standart 3mA üzeri için yarı iletken cihaz değeri 4mA olacaktır.
Standart değer aralığı olarak 3-30mA limit değerlerinde lineer olmalı idi. Kriterlere uygun iki uygun aralık 5-25mA ve 4-20mA’dir. Standardın %0,%25,%50,%75 ve %100 değerleri olarak lineer şekilde hesaplanması için 4-20mA seçilmiştir. 4-20mA yüzdelik olarak 4,8,12,16 ve 20 olarak orantılı lineer bir değerdir.
Sonuç olarak insana zarar vermeyecek ve standart değerlere lineer olarak uyacak bir değer olan 4-20mA seçilmiştir.
Kaynakça:
- otomasyonadair.com
- www.elektronikatolye.com
- instrumentationtools.com
