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F_004. 4~20mA와 측정치의 계산방법
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트랜스미터 4~20mA 전류 신호에 대하여

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트랜스미터 4~20mA 전류 신호에 대하여 본문

트랜스미터 4~20mA 전류 신호에 대하여
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압력센서 종류 및 종류별 측정방법! _ 2wire, 3wire, 4wire 결선 방법 및 응용방법 등 : 네이버 블로그

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4-20mA 측정방법 – 도움 주고 받기 – melsec PLC 동호회

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4-20mA 측정방법 - 도움 주고 받기 - melsec PLC 동호회
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4 20ma 측정 방법

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4 20ma 측정 방법
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[GL240/GL840] 4~20mA 출력 타입 센서를 측정하는 방법 : KOSTECH FAQ

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4 20Ma 입력 | F_004. 4~20Ma와 측정치의 계산방법 상위 78개 베스트 답변 – Da.taphoamini.com

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전류 측정값: 사용법 가이드 – NI

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내용

전류 개요

전류 측정 방법

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전류 측정값: 사용법 가이드 - NI
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4 20ma 측정 방법

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4 20ma 측정 방법
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트랜스미터 4~20mA 전류 신호에 대하여

보통 센서는 출력으로 0-5V를 주로 사용합니다. 예전에 개발업무를 할 때에도 0~5V의 전압신호나, 주파수 신호를 센서의 출력으로 주로 사용했습니다. 하지만 공장이나 설비에 들어가는 산업용 센서는 신호 출력이 4-20mA인 루프전류를 많이 사용한다는 것을 알게 되었습니다.

왜 전압이 아닌 전류 신호일까? 처음 4~20mA 루프전류를 사용하는 센서를 보고 0-5V 전압으로 하면 편한데 왜 굳이 전류로 신호를 주고 받을까? 하는 의문이 들었습니다.

loop current 루프전류

4~20mA모든 센서류는 측정값을 컴퓨터가 인식할 수 있는 방식으로 변환하는 장치입니다. 온도 트랜스미터를 예를 들어 보겠습니다. 100도와 같은 온도값 그 자체로는 컴퓨터가 인식할 수 없습니다. 즉 트랜스미터는 이 온도값을 전기신호로 변환하는 장치입니다. 0~1000도를 측정할 수 있는 온도트랜스미터는 0~1000도로 온도가 가변하는 만큼 전류출력은 4~20mA로 변합니다. 즉 0도일 때는 4mA, 1000도일 때에는 20mA의 출력이 나옵니다.

4-20mA 루프전류

[출처 : Instrumentationforum.com]

루프전류 4-20mA를 사용하는 이유?

1. 전압강하

센서의 출력이 전압일 경우 전송거리가 길어질수록 전압강하가 발생합니다. 구리는 이상적인 도체이지만 길이가 길어질수록 당연히 저항이 생기게 됩니다. 이러한 저항 성분 때문에 실제 센서에서 보내는 전압과 받아들이는 CPU에서의 전압값과의 차이가 발생할 수 있습니다. 즉 센서측에서는 5V를 보내지만 전압강하 때문에 CPU는 4.8V로 받아들일 수 있습니다.

반면 센서의 출력이 4-20mA와 같은 전류의 경우 전송거리가 길더라도 항상 같은 전류값을 유지할 수 있습니다. 부하측이나 전송선로의 저항에 상관없이 항상 정전류가 흐르기 때문에 센서측과 받아들이는 CPU의 전류값이 동일하기 때문에 전압강하에 의한 오차가 없습니다.

2. 접촉불량등의 오작동

전압의 경우 미세한 접촉불량에 의해서도 선로의 저항값이 가변하기 때문에 영향을 받기 쉬우나 전류신호의 경우 이러한 영향이 상대적으로 적습니다.

3. 노이즈

전압신호의 경우 노이즈에 취약한 면이 있습니다. 패라이트코어나 트위스트 페어로 전선을 연결하는 경우가 전압노이즈를 감소하기 위한 조치이기도 합니다. 반면 전류신호는 노이즈에 의한 영향이 적습니다.

4. 단선을 감지

왜 굳이 0~20mA가 아닌 4mA~20mA일까? 궁금했었습니다. 이유는 0mA일 경우 단선이 되어 0인지 실제로 0mA인지 판단할 수 없다는 것입니다. 반면 4mA-20mA 범위에서 0mA 신호가 들어오면 분명 회로가 끊어졌다는 것이므로 단선, 즉 회로의 고장여부를 판단할 수 있다는 것입니다.

5. 전압신호 변환 가능

마이크로칩은 보통 0~5V 아날로그 채널을 가지고 있습니다. 따라서 일반적인 MCU 기반의 보드에서는 전류신호를 전압으로 변환시켜야 MCU에서 값을 읽을 수 있습니다. 4-20mA의 경우 종단저항으로 쉽게 전압변환이 가능합니다. 즉 수신측에 250옴 종단저항을 달아 저항 양측의 전압을 측정하면 V=IR 이므로 4mA일 경우 0.004A*250Ω=1V, 20mA일 경우 0.02A*250Ω=5V이므로 1~5V 전압신호로 변환이 가능합니다.

산업용 센서의 루프전류 4~20mA는 이처럼 다양한 장점을 가지고 있습니다.

압력센서 종류 및 종류별 측정방법! _ 2wire, 3wire, 4wire 결선 방법 및 응용방법 등

  압력센서 측정 방법 및 종류별 결선 방법 (2wire, 3wire, 4wire) ​



1. 압력센서 측정 방법 (Pressure Sensor)

– 보통의 압력센서는 전원(Power)을 필요로 합니다.

따라서 압력센서를 사용하여 압력을 측정하고자 할 경우 압력센서, 파워써플라이, 데이터로거 등의 구성이 필요합니다.

* 보통 전원이 필요한 센서 포함 (예: 습도센서, 차압센서, 유속센서, 풍향센서, 풍속센서 등)

1) 압력센서

실제 배관압력, 탱크압력, 대기압력 등에 노출이 되어 압력을 받아 측정을 합니다.

측정된 압력은 전압(아날로그 신호) 신호로 변환이 되어 출력됩니다.

예: 0 ~ 5VDC, 0 ~ 10VDC, 4 ~ 20mA 등의 전압 또는 전류 신호로 출력됩니다.

※ 스트레인게이지 타입의 압력센서의 경우 mV/V 의 신호가 출력이 되며, 스트레인게이지 측정 전용 앰프가 필요합니다.

스트레인게이지 타입의 압력센서는 휘스톤브릿지의 풀브릿지 형태의 스트레인게이지가 내장되어 있습니다.

2) 파워써플라이

압력센서에서 요구하는 DC 파워를 공급하여 줍니다.

3) 데이터로거 (데이터 수집장치)

압력센서에서 출력되는 전압, 전류의 아날로그신호를 측정하여 실제 유저가 원하는 압력단위인 psi, bar,

mmHg, Pa, kpa 등의 단위 값으로 변환하여 데이터를 저장, 보존, 편집 등의 다양한 기능을 수행할 수 있습니다.

2. 압력센서, 데이터로거, 파워써플라이 결선방법

(전압 출력 방식 압력센서 2와이어 결선방법)​

(전압출력 방식 압력센서 3와이어 결선방법)

(전압출력 방식 압력센서 4와이어 결선방법)

​ 3. 압력센서 전류 출력신호 처리 방법

압력센서에서 출력되는 신호가 0~5VDC 이거나 0~10VDC 일 경우에는 전압 측정이 가능한 데이터로거 또는 데이터수집장치에 바로 연결하여 압력을 측정하면 됩니다.

만약 전압 출력이 아닌 전류 4 ~ 20mA 신호가 출력될 때는 전류신호를 직접 측정할 수 있는 데이터로거 또는 데이터수집장치에 연결하여 측정하면 됩니다.

하지만 현재 출시되고 있는 보통의 데이터로거 또는 데이터수집장치는 전류를 직접 측정할 수 있는 장비가 많이 없습니다.

이럴 경우 4 ~ 20mA 의 전류 신호를 전압 신호로 바꾸어 데이터로거 또는 데이터수집장치에 연결해야 합니다.

* 압력센서에서 출력되는 전류 4 ~ 20mA 신호를 전압 1 ~ 5VDC 신호로 바꾸는 법

통상 4 ~ 20mA를 전압으로 바꾸기 위해서는 250Ω 의 저항을 데이터로거 또는 데이터수집장치의 입력되는 부분에 그림과 같이 병렬로 저항을 연결하게 됩니다.

저항 250Ω 을 연결할 경우 4 ~ 20mA는 아래와 같은 계산식으로 전압으로 변환하게 됩니다. ​

( V = I * R )

4mA * 250Ω = 1 VDC

20mA * 250Ω = 5 VDC

4mA * 100Ω = 0.4 VDC

20mA * 100Ω = 2 VDC​

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이기적인 계측 솔루션

​ Selfish Measurement Solution

—————————————————–

위 ​사항에 궁금한 부분이 있으시면 언제든지 전화 주시면 감사하겠습니다.

​ 박 삼 준 과장 / 기술영업(고객지원)

주소: (16514) 경기도 수원시 영통구 법조로 25 SK뷰 레이크타워 A동 1602호

전화: 070-7613-7815 팩스: 050-8090-7815 휴대폰: 010-5023-7815

홈페이지: www.uwintec.com 이메일: [email protected]

Park Sam Jun Sales Manager / Customer Service

Address. (16514), 1602, A, SK VIEW Lake 25, Beopjo-ro, Suwon-si, Gyeonggi-do, Korea

Tel. +82 70-7613-7815 Fax. +82 50-8090-7815 Hp. +82 10-5023-7815

Homepage. www.uwintec.com e.mail. [email protected]

전류 측정값: 사용법 가이드

전류 측정 방법

전류를 측정하는 데는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 전자기를 기반으로 하며 초기 가동 코일(d’Arsonval) 미터와 관련이 있고 다른 하나는 주요 전기 이론인 옴의 법칙을 기반으로 합니다.

다르송발(D’Arsonval) 검류계

다르송발 검류계는 전류계의 일종으로 전류를 감지하고 측정하는 기기입니다. 코일을 통해 흐르는 전류에 응답하여 제한된 아크를 통해 회전 편향을 생성하는 아날로그 전자 기계 변환기입니다.

오늘날 사용되는 다르송발 형태는 영구 자석장 내의 작은 회전 코일 도선으로 구성됩니다. 코일은 교정된 눈금을 가로지르는 얇은 바늘에 부착됩니다. 작은 비틀림 스프링이 코일과 포인터를 0의 위치로 당깁니다.

코일에 직류(DC)가 흐르면 코일이 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 영구 자석에 작용합니다. 코일은 비틀려 스프링을 밀고 바늘이 움직입니다. 바늘은 전류를 나타내는 눈금을 가리킵니다. 자극 조각의 세심한 설계는 자기장이 균일하도록 하여 바늘의 회전 편향이 전류에 비례하도록 합니다.

기타 전류계

기본적으로 오늘날 대부분의 전류계는 전기의 기본 이론인 옴의 법칙을 기반으로 합니다. 최신 전류계는 기본적으로 정밀 저항이 있는 전압계이며, 옴의 법칙을 사용하여 정확하면서도 비용 효율적인 측정이 가능합니다.

옴의 법칙 – 옴의 법칙에 따르면 전기 회로에서 두 지점 사이의 도체를 통과하는 전류는 두 지점의 전위차(즉, 전압 강하 또는 전압)에 정비례하고 저항에 반비례합니다.

이 관계를 설명하는 수학 방정식은 다음과 같습니다.

I = V/R

여기서 I는 전류(암페어), V는 두 지점 간의 전위차(볼트), R은 옴(암페어당 볼트)으로 측정되는 저항으로, 회로 파라미터입니다.

전류계 작동 – 오늘날의 전류계에는 특정 신호의 전류를 측정하기 위한 내부 저항이 있습니다. 그러나 내부 저항이 더 큰 전류를 측정하기에 충분하지 않은 경우 외부 구성이 필요합니다.

더 큰 전류를 측정하려면 분류기라는 정밀 저항기를 미터와 병렬로 배치하면 됩니다. 대부분의 전류는 분류기를 통해 흐르고 소량만 전류계를 통해 흐릅니다. 이를 통해 전류계는 더 큰 전류를 측정할 수 있습니다.

최대 예상 전류에 저항을 곱한 값이 전류계 또는 데이터 수집 장치의 입력 범위를 초과하지 않는 한 어떤 저항이라도 사용할 수 있습니다.

이러한 방식으로 전류를 측정할 때는 기존 회로와의 간섭이 가장 작도록 가능한 가장 작은 값의 저항을 사용해야 합니다. 그러나 저항이 작을수록 전압 강하가 작아지므로 분해능과 회로 간섭 사이에서 절충안을 택해야 합니다.

그림 2는 분류기를 포함하는 전류 측정의 일반적인 회로도를 보여줍니다.

그림 2. 분류기를 측정에 연결하기

이 방식을 사용하면 전류가 실제로 전류계/데이터 수집 보드로 전달되지 않고 대신 외부 분류기를 통해 전달됩니다. 분류기의 전압 강하가 전류계/데이터 수집 보드의 작동 전압 범위를 초과하지 않는 한 측정할 수 있는 최대 전류는 이론적으로 제한이 없습니다.

전류 형식

보통 전류

보통 전류는 오늘날 전자, 전기 회로, 전송선 등에서 일반적으로 사용되는 전류 측정입니다. 이는 어떤 하나의 전송 표준을 준수하지 않으며 0에서 큰 암페어 값까지의 범위를 가질 수 있습니다.

전류 루프/4-20 mA 형식

아날로그 전류 루프는 한 쌍의 도체를 통해 원격으로 장치를 모니터링하거나 제어해야 하는 모든 경우에 사용됩니다. 한 번에 하나의 전류 수준만 존재할 수 있습니다.

“4~20mA 전류 루프” 또는 4~20mA는 산업 계측 및 통신을 위한 아날로그 전기 전송 표준입니다. 신호는 4mA가 0퍼센트 신호를 나타내고 20mA가 100퍼센트 신호를 나타내는 전류 루프입니다.[1] “mA”는 밀리암페어 또는 암페어의 1/1000을 나타냅니다.

4mA에서의 “라이브 제로” 신호는 수신 기기가 제로 신호와 끊어진 선 또는 죽은 계측기를 구별할 수 있도록 합니다.[1] 1950년대에 개발된 이 표준은 오늘날에도 여전히 업계에서 널리 사용됩니다. 4-20mA 형식의 이점에는 제조업체들에서의 폭넓은 사용, 상대적으로 낮은 구현 비용, 다양한 형태의 전기 노이즈를 제거할 수 있는 기능이 있습니다. 또한 라이브 제로를 사용하면 루프에서 저전력 기기에 직접 전원을 공급할 수 있으므로 추가 배선 비용을 절약할 수 있습니다.

정확도 고려 사항

분류기를 놓는 회로 위치는 중요합니다. 외부 회로가 전류계/데이터 수집 보드가 포함된 컴퓨터와 공통 접지를 공유하는 경우 분류기를 회로의 접지에 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 그렇지 않은 경우 분류기에서 생성된 공통 모드 전압이 전류계/데이터 수집 보드의 스펙을 벗어날 수 있으며 이로 인해 판독값이 부정확하거나 보드가 손상될 수 있습니다. 그림 3은 분류기의 올바른 위치와 잘못된 위치를 보여줍니다.

그림 3. 분류기 배치

데이터 수집 디바이스 측정

아날로그 입력을 측정하는 방법에는 세 가지가 있습니다. 각 구성에 대한 추가 정보는 ” 전압 측정 방법” 문서를 참조하십시오.

예를 들어, NI CompactDAQ USB 데이터 수집 시스템을 고려해 보십시오. 그림 4는 NI cDAQ-9178 섀시와 NI 9203 아날로그 전류 입력 모듈을 보여줍니다. NI 9203은 내부 정밀 저항이 있기 때문에 외부 분류기가 필요하지 않습니다.

그림 4. NI cDAQ-9178 섀시 및 NI 9203 Analog Current Input Module

그림 5는 NI 9203과 함께 NI cDAQ-9178 섀시를 사용한 참조 단일 종단(RSE) 전류 측정의 연결 다이어그램과 모듈의 핀아웃을 보여줍니다. 그림에서 핀 0은 “아날로그 입력 0” 채널에 해당하고 핀 9는 공통 접지에 해당합니다.

그림 5. RSE 구성의 전류 측정

NI 9203 외에도 NI 9205와 같은 범용 아날로그 입력 모듈은 외부 분류기를 사용하여 전류 입력 기능을 제공할 수 있습니다.

측정 보기: NI LabVIEW

센서를 측정 장비에 연결하면 LabVIEW 그래픽 프로그래밍 소프트웨어를 사용하여 필요에 따라 데이터를 시각화하고 분석할 수 있습니다.

그림 6. LabVIEW 전류 측정

참조 문헌

Bolton, William (2004). Instrumentation and Control Systems. Elsevier. ISBN 0750664320.

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