การแปลงสัญญาณ 4-20mA เป็น 1-5Vdc ด้วยตัวต้านทาน

09/04/69 11:42 น.

บทความนี้จะแนะนำเทคนิคการแปลงสัญญาณจาก Current (mA) เป็น Voltage (V) แบบง่ายๆ แต่ใช้งานได้จริง เพื่อเป็นไอเดียในการประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ของคุณครับ

ในการใช้งานเครื่องบันทึกข้อมูล (Datalogger) หรือเครื่องมือวัดส่วนใหญ่ มักจะถูกออกแบบมาให้รับสัญญาณอินพุตมาตรฐานเป็นแรงดันไฟฟ้า เช่น 1-5 Vdc แต่ในฝั่งของเซนเซอร์ในอุตสาหกรรม (เช่น เซนเซอร์วัดแรงดัน, ระดับน้ำ หรืออุณหภูมิ) ส่วนใหญ่มักจะส่งสัญญาณเอาต์พุตเป็นกระแสไฟฟ้า 4-20 mA เนื่องจากส่งสัญญาณได้ไกลและทนต่อสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า

หลักการแปลงสัญญาณด้วย "กฎของโอห์ม" (V = I x R)

วิธีการที่ง่ายและมีประสิทธิภาพที่สุดคือการใช้ ตัวต้านทาน (Resistor) เข้ามาช่วย โดยเราจะนำตัวต้านทานมาต่อขนานกับช่องรับสัญญาณ (Input Terminal) ของเครื่องวัด เพื่อเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนที่ต้องการ

สูตรการคำนวณ:

หากเราต้องการแปลงสัญญาณ 4-20 mA ให้เป็น 1-5 V เราสามารถคำนวณหาค่าตัวต้านทานที่เหมาะสมได้ดังนี้:

R = V / I

เมื่อกระแสสูงสุด I = 20mA (0.02 A)
เมื่อแรงดันสูงสุด V = 5 V
จะได้ค่า R = 5 / 0.02 = 250 Ω

สรุป: เพียงแค่คุณใช้ตัวต้านทานขนาด 250 Ω มาต่อคร่อมที่ช่อง Input ของเครื่องเก็บข้อมูล สัญญาณ 4-20mA จากเซนเซอร์ก็จะกลายเป็น 1-5 V ให้เครื่องอ่านค่าได้ทันที

ข้อควรระวังเพื่อให้ใช้งานได้จริงและแม่นยำ

แม้จะเป็นวิธีที่ง่าย แต่เพื่อให้ได้ค่าที่เชื่อถือได้ ควรคำนึงถึงปัจจัยต่อไปนี้:

ความแม่นยำของตัวต้านทาน (Tolerance):
ควรเลือกใช้ตัวต้านทานที่มีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำ เช่น Precision Resistor 0.1% หรือ 1% (แถบสีน้ำตาลหรือฟ้า) เพื่อให้ค่าแรงดันที่แปลงออกมามีความเพี้ยนน้อยที่สุด
กำลังวัตต์ (Watt):
เนื่องจากมีกระแสไหลผ่านตัวต้านทานตลอดเวลา ควรเลือกตัวต้านทานขนาด 1/4 Watt ขึ้นไป เพื่อป้องกันความร้อนสะสมซึ่งจะทำให้ค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงได้
การตั้งค่าที่เครื่องบันทึกข้อมูล (Scaling):
เมื่อต่อตัวต้านทานแล้ว อย่าลืมตั้งค่า Scaling ที่ตัวเครื่อง (เช่นเครื่อง Hioki LR8431) ให้แสดงผลตามหน่วยของเซนเซอร์จริง เช่น ตั้งค่าว่า 1 V = 0 bar และ 5 V = 10 bar เป็นต้น