Come progettare un ricevitore a current loop

Tornare agli elementi essenziali con la legge di Ohm

Per comprendere il loop di trasmissione a 4-20mA occorre tornare ai concetti di base. Vi ricordate della legge di Ohm e della famosa equazione I = V/R? Il voltaggio può subire dei cali quando viaggia attraverso i cavi del sensore ma il flusso di corrente rimane costante. Per questo il flusso di corrente è un parametro di misura migliore in termini di stabilità e costanza. Il motivo per cui i parametri iniziano da 4mA anziché da 0mA è semplicemente perché è più facile rilevare problemi. Un valore inferiore a 4mA indica la presenza di un sensore difettoso o di un cavo danneggiato.

Un ricevitore a loop di corrente a 4-20mA semplice ed efficace con pochissimi componenti.

Prima che iniziassi la mia attività di produzione su piccola scala mi occupavo esclusivamente di progettazione di circuiti elettronici. In quella fase se avessi dovuto convertire la corrente in tensione avrei utilizzato una soluzione basata su un circuito integrato (IC) per raggiungere lo scopo velocemente. Sarebbe stata una scelta facile utilizzare un amplificatore sintoamplificatore a 4-20mA tenendo in considerazione il fattore costo e semplicità di utilizzo. Ma per i progettisti che non hanno familiarità con il mondo analogico questi sono dispositivi misteriosi. Occorre anche avere a che fare con disturbi, interferenze e anelli di terra. Un circuito specializzato di precisione può sembrare una scelta più semplice ma aumenta notevolmente i costi del progetto.

Ora che sono un piccolo imprenditore faccio molta più attenzione a fattori importanti nel processo di produzione e vendita. Uno dei miei obiettivi è ridurre i costi mantenendo il progetto funzionale e di buona qualità. Per convertire la corrente in tensione la migliore soluzione, che applica anche la filosofia del “mantenere le cose semplici”, è semplicemente quella di usare una singola resistenza a bassa tolleranza. Ho scoperto che la risposta al problema di progettare un ricevitore a 4-20mA il più semplice possibile risiede, nuovamente, nella legge di Ohm combinata all’abilità di progettare buoni piani di massa e con la capacità di preservare l’integrità del segnale.

Le soluzioni semplici sono sempre le migliori

Per convertire il segnale di corrente in una tensione misurabile basta semplicemente far transitare la corrente 4-30mA attraverso una resistenza ad elevata precisione prima che ritorni a terra. Una resistenza da 250 Ohm fornisce un valore di 5V a 20mA. Nel mio caso ho utilizzato una resistenza da 165 Ohm per un valore di 3,3V che era la tensione che veniva utilizzata dal microcontrollore. Una volta scelta la giusta resistenza basta solo collegarla al convertitore analogico-digitale (ADC) del microcontrollore per convertire i valori rilevati in valori digitali.