Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA

Gizmoń 17 Lis 2017 17:46 3576 7
  • Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA

    Prezentowane urządzenie pozwala dać drugie życie różnym przemysłowym miernikom, które - zwłaszcza stare, z mechanicznymi ustrojami pomiarowymi - można czasem kupić za grosze w punkcie skupu złomu. Zamienia ono taki przyrząd, sterowany standardowym sygnałem prądowym 0 - 20mA, w sześciozakresowy (0,1 - 0,2 - 0,5 - 1 - 2 - 5) woltomierz o dużej rezystancji wejściowej. Otwiera się wówczas wiele możliwości:

    - pomiary wielkości elektrycznych, a przez podłączanie różnych tanich przetworników (np. LM35, potencjometryczny przetwornik położenia, prądnica tachometryczna) także nieelektrycznych;
    - dzięki pętli prądowej łatwo zrealizować pomiar na dużą odległość (rzędu kilkuset metrów);
    - w zależności od typu wykorzystanego przyrządu, możliwa jest nie tylko prezentacja wyniku pomiaru, ale także rejestracja tych wyników na wykresie czy budowa prostego układu regulacji automatycznej.

    Układ elektroniczny zbudowany jest z bardzo tanich i powszechnie dostępnych elementów (co było jednym z głównych założeń - nie dopłacać zbyt wiele do tego "złomu"). Może być zasilany napięciem z zakresu od 10V do 24V prądu przemiennego. Wyprowadzenia +12V i -12V pozwalają łatwo zasilić używane czujniki, o ile wystarczy im do pracy maksymalnie kilkadziesiąt miliamperów. Płytka jest wsuwana do specjalnej obudowy o wymiarach 124x45x78mm, złożonej z elementów wyfrezowanych na mojej frezarce CNC. Zapobiega ona przypadkowym zmianom ustawień wzmacniacza, który w trakcie pomiarów zwykle leży gdzieś w jakimś kącie.

    Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA





    Schemat układu przedstawiam na obrazku poniżej. Sygnał wejściowy przechodzi przez ogranicznik amplitudy, filtr dolnoprzepustowy i wtórnik W1, po czym trafia na wzmacniacz główny W2. Jego wzmocnienie można zmieniać za pomocą zworek Z1 - Z5. Założenie zworki Z1 powoduje ustawienie wzmocnienia równego zero, co jest potrzebne przy regulowaniu przesuwu skali potencjometrami P3 i P4. Zworki na pozycjach Z2 - Z4 wybierają kolejne zakresy: 5V, 2V oraz 1V. Założenie zworki Z5 (mnożnik) powoduje natomiast dziesięciokrotne zwiększenie wzmocnienia W2, pozwalając na uzyskanie zakresów 0,5V, 0,2V i 0,1V.
    Potencjometr P3 pozwala na zgrubne przesuwanie skali przyrządu, tj. kompensowanie składowej stałej sygnału wejściowego. Regulacja ta działa w całym zakresie dopuszczalnych napięć wejściowych (od -10V do +10V), ale jej ustawienie wymaga korekcji po każdej zmianie zakresu pomiarowego. Z tego powodu, gdy nie jest ona potrzebna, należy ją wyłączyć przez założenie zworki Z6.
    Do dokładnego przesuwu skali służy potencjometr P4. Regulacja ta jest zrealizowana na osobnym wzmacniaczu W3, dzięki czemu, odwrotnie niż w przypadku regulacji zgrubnej, jej ustawienie nie zależy od wybranego zakresu. Wybrany zakres pomiarowy wpływa natomiast na zakres napięć jakie można skorygować (im niższy, tym węższy jest zakres tej regulacji). Sygnał wyjściowy W3 steruje już bezpośrednio przetwornikiem napięcie - prąd, wykorzystującym wzmacniacz W4.
    W celu kalibracji układu, należy podłączyć do jego wyjścia miliamperomierz, zewrzeć wejście, założyć zworki Z1, Z5 i Z6, po czym ustawić potencjometr P4 w pozycji powodującej zanik przepływu prądu w pętli. Następnie należy wybrać jeden z zakresów (Z2 - Z4), podać na wejście wzmacniacza napięcie odpowiadające temu zakresowi i kręcąc potencjometrem P1 doprowadzić do uzyskania w pętli prądu o natężeniu 20mA. Dalej należy zdjąć zworkę Z5, podać na wejście napięcie 10 razy wyższe i ponownie ustalić w pętli prąd 20mA, tym razem kręcąc potencjometrem P2. Mój układ, wykalibrowany ostatnio w 2015 roku, trzyma parametry do dziś.

    Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA

    Po złożeniu układu zbadałem jego stabilność w czasie. Wzmacniacz ze zwartym wejściem i zerem przesuniętym na środek skali pracował non stop przez dobę. Podłączony do niego rejestrator wykreślił wówczas równą, pionową kreskę, co znaczy, że nic nie zmieniło się na tyle, by zauważalnie wpłynąć na wynik pomiaru.
    Poniżej widać urządzenia z jakimi wzmacniacz u mnie współpracuje - elektromechaniczny rejestrator ERO 1-1e oraz regulatory RK-42. Najczęściej wykorzystuję połączenie z rejestratorem - za mniej niż 20 złotych mam układ, który może zapisywać mierzoną wielkość przez prawie dwa miesiące (na tyle wystarczy rolka papieru) i zawsze "wyświetla" przebieg z ostatnich 9 godzin.

    Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA

    Taki rejestrator przydał się już m. in. do kontroli poprawności pracy nowo zbudowanej, automatycznej ładowarki akumulatorów żelowych. Uzyskany wtedy wykres napięcia od czasu wygląda następująco (skala zaczyna się od 12,5V a kończy na 14,5V):

    Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA

    Z regulatorami wzmacniacz tworzył już m. in. zdalny termometr albo regulator poziomu wody sterujący pompą uzupełniającą (widoczne na zdjęciach powyżej). Jeżeli ktoś również ma jakieś przemysłowe mierniki i chciałby je wykorzystać w podobny sposób, to w załączniku umieszczam projekt płytki w formacie pdf, gotowy do wykonania termotransferem.

    Załączniki:

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz pendrive 32GB.
  • #2 17 Lis 2017 21:25
    szymon122
    Poziom 37  

    Gizmoń napisał:
    elektromechaniczny rejestrator ERO 1-1e

    Jak takie urządzenie działa?
    Rozumiem, że jest rolka z przesuwającym się papierem oraz coś co rysuje (co to?) zamieszczone na "wahadle" jak np w analogowym mierniku napięcia. Jak się nim steruje? Co przesuwa papier (co zasila mechanizm przesuwu)? Ile takie urządzenie kosztuje? Są dostępne wersje "wielokanałowe"?

  • #3 18 Lis 2017 00:07
    robnon01
    Poziom 11  

    szymon122 napisał:
    Gizmoń napisał:
    elektromechaniczny rejestrator ERO 1-1e

    Jak takie urządzenie działa?
    Rozumiem, że jest rolka z przesuwającym się papierem oraz coś co rysuje (co to?) zamieszczone na "wahadle" jak np w analogowym mierniku napięcia. Jak się nim steruje? Co przesuwa papier (co zasila mechanizm przesuwu)? Ile takie urządzenie kosztuje? Są dostępne wersje "wielokanałowe"?

    Nad wskazówką masz taśmę barwiącą i po odliczonym czasie przez mechanizm, elektromagnes przyciąga wskazówkę do taśmy tworząc kropkę.
    No i tak masz wykres utworzony z kropek.

  • #4 18 Lis 2017 14:43
    lowdrop
    Poziom 7  

    szymon122 napisał:
    Gizmoń napisał:
    elektromechaniczny rejestrator ERO 1-1e

    Jak takie urządzenie działa?
    Rozumiem, że jest rolka z przesuwającym się papierem oraz coś co rysuje (co to?) zamieszczone na "wahadle" jak np w analogowym mierniku napięcia. Jak się nim steruje? Co przesuwa papier (co zasila mechanizm przesuwu)? Ile takie urządzenie kosztuje? Są dostępne wersje "wielokanałowe"?


    Takich urządzeń już się chyba nie produkuje, zastąpiły je rejestratory cyfrowe.
    Wykonania były różne. W starszych pisak był zamieszczony na wysięgniku odpowiadającym wskazówce analogowego przyrządu pomiarowego, sprzężonego z ustrojem pomiarowym (np. ramka cewki w miernikach magnetoelektrycznych, elektromagnetycznych, elektrodynamicznych, etc.). Rolka papieru napędzana była bądź mechanizmem zegarowym (nakręcanym) bądź silniczkiem synchronicznym z odpowiedni przekładnią (jak w przekaźnikach czasowych rodziny RTS). W jeszcze starszych przesuwała się klisza światłoczuła, a rolę pisaka pełnił promień światła, jak w galwanometrze lusterkowym. Były też rejestratory wielkości nieelektrycznych, np. temperatury, ciśnienia, temperatury.

    W nowszych pisak sterowany jest w płaszczyźnie X-Y przez zespół silników, jak w drukarce 3D, gdzie silnik Y sterowany jest (w różny sposób, zależnie od wykonania) ze wzmacniacza pomiarowego, a X - ze wzmacniacza podłączonego do generatora podstawy czasu, dającego sygnał liniowo narastający, pojedynczy "ząb" przebiegu piłokształtnego.

    Na takie rejestratory trzeba polować. Można je kupić czasem na różnych portalach aukcyjnych (czasem za cenę dobrego multimetru cyfrowego - jako zabytek), czasem za grosze.

    Problemem zawsze są elementy piszące. Oryginalne są zwykle suche lub "wyczerpane", a nowych już się nie produkuje. Często przerabia się uchwyt mocujący pod konkretne rozwiązanie. Lepiej jest w przypadku nowszych rejestratorów XY.

  • #5 18 Lis 2017 23:41
    smyk55
    Poziom 23  

    Witam
    Znam te rejestratory i wiele innych z tego okresu co wyniki zapisywały na taśmie papierowej. Czy myślałeś dostosować wyjście wzmacniacza do prądu wyjściowego 4-20mA. Nie bez powodu pytam bo sporo tych urządzeń pracowało z takim sygnałem wejściowym. Dotyczy to też mierników tablicowych.

  • #6 19 Lis 2017 00:44
    szymon122
    Poziom 37  

    lowdrop napisał:
    Problemem zawsze są elementy piszące. Oryginalne są zwykle suche lub "wyczerpane", a nowych już się nie produkuje. Często przerabia się uchwyt mocujący pod konkretne rozwiązanie.

    Czy w takim przypadku nie sprawdzi się zwykły długopis?
    Chyba, że problemem będzie "ślizgająca" się kulka.

  • #7 19 Lis 2017 14:27
    Gizmoń
    Poziom 28  

    szymon122 napisał:
    Jak takie urządzenie działa?


    Widzę, że próżno szukać w sieci zdjęć takich zabytków techniki, więc zacznę właśnie od nich:

    Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mAWzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mAWzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mAWzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mAWzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA

    W urządzeniu nie ma żadnej elektroniki, wszystko jest rozwiązane czysto mechanicznie. Niewielki silnik synchroniczny, poprzez wielostopniowe przekładnie, napędza dwie krzywki znajdujące się obok siebie na wspólnej osi. Są one identyczne i mają kształt okrągłej tarczki z jednym, małym wcięciem. Obracają się jednak z różnymi prędkościami dobranymi tak, że wcięcia zgrywają się pod współpracującą z nimi dźwignią na krótką chwilę, dokładnie raz na 20 sekund. Dźwignia wówczas wpada w nie na ułamek sekundy, powodując krótkie dociśnięcie wskazówki do taśmy barwiącej i papieru. W ten sposób rejestrator zaznacza na wykresie punkty. Sam element wskazujący to zwykły ustrój magnetoelektryczny z długą wskazówką, zbyt delikatny, by ruszać jakimiś pisakami po papierze.
    Wolniej obracająca się krzywka, poprzez kolejne przekładnie, sprzężona jest z rolką przewijającą papier. W tym rejestratorze szybkość przesuwu jest równa 2 centymetry na godzinę.

    Były wersje wielokanałowe. Co ciekawe, też miały tylko jeden ustrój pomiarowy. Z mechanizmem krzywkowym sprzężony był dodatkowy przełącznik obrotowy, powodujący podłączanie ustroju do kolejnych wejść po każdym "zapunktowaniu". Równocześnie przesuwany był też cały zestaw tasiemek barwiących (umocowany wahliwie), dzięki czemu każdy kanał był kreślony inny kolorem. Widziałem taki rejestrator, ale niestety tak zmasakrowany, że nadawał się jedynie do analizy "jak to działało". Drugi, jednokanałowy, miał zdecydowanie więcej szczęścia, i po oczyszczeniu oraz konserwacji działa u mnie. Obydwie wersje zbudowane były na bardzo podobnym, jeśli nie identycznym chassis.

    Tak jak napisał lowdrop, urządzeń tego typu już się od dawna nie produkuje - zastąpiły je rejestratory w pełni elektroniczne. Tasiemki barwiące są jednak nadal dostępne, tylko kosztują prawie stówę za sztukę! Na szczęście problem można obejść, wykorzystując taśmę barwiącą do drukarek igłowych. Cała kasetka zawierająca kilka metrów takiej taśmy kosztuje czasem 5zł. Kłopot by był tylko ze zdobyciem różnych kolorów dla wersji kilkukanałowej.

    smyk55 napisał:
    Czy myślałeś dostosować wyjście wzmacniacza do prądu wyjściowego 4-20mA.


    Nie, ponieważ wszystkie przyrządy na jakie trafiłem, działają w standardzie 0 - 20mA. Nic jednak nie stoi na przeszkodzie, by potencjometrem P4 ustalić prąd 4mA dla minimalnego napięcia wejściowego.

  • #8 22 Wrz 2018 11:47
    tom2kk
    Poziom 1  

    Posiadam taki wzmacniacz i chetnie odstapie, cena do ustalenia stan piekny.
    Wzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mAWzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mAWzmacniacz pomiarowy z wyjściem prądowym 0 - 20mA