4-20 mA >>> 0-10 volt

[Gurkan-Demirbas]

ilgin için teşekkürler

[ferdem]

Bu konuyu zamanında okumuş ve sorulan soruya zihnimde cevap aramıştım, şimdi okuduğum bir yazıda ilgili bir bölüm gördüm, paylaşmak istedim.

Arkadaşın sorusu şuydu, elinde bir sensör var ve bu sensör okuduğu değere göre bir akım geçiriyor 4mA-20mA arasında ve arkadaş bunu gerilime çevirip okumak istiyor. Akan bir akım var ve bunu okumak istiyoruz, ilk akla gelen bazı arkadaşların da söylediği gibi bu akımı bir direncin üzerinden geçirip oluşan gerilimi okumak ancak bu pek doğrusal sonuç verecek gibi gelmiyor(yazıda da "logaritmik olur" şeklinde anladım, resimler çıkmamış). Bu tip bir sensörde doğrusal dönüşüm için "current to voltage converter" kullanırız diyor. Şemayı da şöyle vermiş:



Kaynak:www.shef.ac.uk/physics/teaching/phy108/PHY108Transistors_and_amplifiers.pdf

53. sayfa

[Klein]

ilk akla gelen bazı arkadaşların da söylediği gibi bu akımı bir direncin üzerinden geçirip oluşan gerilimi okumak ancak bu pek doğrusal sonuç verecek gibi gelmiyor(yazıda da "logaritmik olur" şeklinde anladım, resimler çıkmamış).

Eğer direnç üzerinden geçen akım sebebi ile direnç ısınmasaydı, sonuç linear olacaktı. Ancak tabi ki 4mA de ısınma farklı 20mA de ısınma farklı olacağı için , linear sonuç almak mümkün olmayacaktır.

Ancak  burada dikkat edilmesi gereken nokta, ölçümü yapacak olan ADC'nin çözünürlüğü, kullanılacak direnç ve 16mA lik farkın direnç üzerinde yaratacağı sıcaklık farkından kaynaklanan kaymanın büyüklüğüdür.

Örneğin: 4-20mA lik bir çıkışa 100R direnç bağlayalım.  bu durumda gerilim çıkışımız 4mA için 0,4V 20mA için 2V olacaktır.  Diyelim ki akım 4mA den 20mA'e çıktığında direncimizin sıcaklığı 1 derece atrıyor.  Ve kullandığımız direnç 100ppm/c sıcaklık kaymasına sahip bir direnç olsun. Bu durumda direncimizin değeri 0,01ohm artacaktır.  Yeniden hesaplarsak  4mA için 0,4V , 20mA için  2.0002V olur.  Eğer istediğimiz çözünürlük bundan yüksek ise evet linearizasyon hatası vardır diyebiliriz. Ama istediğimiz çözünürlük bundan düşükse bir linearizasyon hatasından bahsedemeyiz.

tabi yukarıda verilen örnek sensörün linearizasyon hatası olmadığı varsayımıyla hesaplandı. Ama birçok sensörün linearizasyon hatasının yukarıda hesaplanan  doğrusallık hatasından en az 10 kat fazla olduğunu biliyoruz. Yine yukarıdaki örnek direncin sıcaklığının 1 derece artacağı varsayımı ile kurgulandı. Oturup hesaplamadım.  mesleki matematiği iyi olan bir arkadaşımız sıcaklık değişimini hesaplarsa, daha kesin sonuçlar elde edebiliriz.