Thème : courant d'appel

Protection de l'entrée courant

attention

Le fusible (500mA, rapide) dans le chemin de mesure de l'entrée courant est prévu comme instance de protection contre la destruction de l'entrée de mesure en cas de câblage erroné. Il ne doit être remplacé que par le service optiMEAS (payant) ! Pour éviter des temps d'arrêt et des coûts inutiles, le câblage doit être vérifié soigneusement avant la mise en service !

Pourquoi le smartIO 8x24 dispose-t-il d'une protection de 500mA ?

Les bornes de mesure dans les applications industrielles pour capteurs 4-20mA possèdent généralement un shunt intégré de $100 \Omega$, aux bornes duquel la chute de tension est saisie comme signal de mesure.

En cas de raccordement erroné de $24 V$ à l'entrée de mesure sans capteur, une puissance dissipée d'environ $5.8 W$ apparaîtrait au niveau du shunt. Cela peut éventuellement être toléré pendant un certain temps.

Cette résistance limite d'ailleurs le courant d'appel du capteur ou du transducteur raccordé à environ 240 mA lorsque des capacités tampon internes doivent être chargées.

Le smartIO 8x24, en revanche, mesure en permanence des courants jusqu'à 200 mA (plus une plage de tolérance de 50%). La résistance de shunt doit donc être nettement plus faible afin de minimiser aussi bien la puissance dissipée que la chute de tension. Cette optimisation a des répercussions sur la protection en cas de défaut.

Si une tension d'alimentation de $24 V$ est appliquée par erreur directement à l'entrée (I_IN, COM), un courant circule, sans protection appropriée, à travers le shunt de mesure $R_{shunt}$

$$I_{shunt}=\frac{U}{R}=\frac{24 V}{10 \Omega}=2.4 A.$$

Cela représente une puissance dissipée de

$$P_{shunt}=U\cdot I=\frac{U^2}{R}=I^2\cdot R=57,6 W.$$

Celle-ci entraînerait, après un temps très court, des dommages importants et irréparables aux composants CMS et à la carte. Afin de conserver au moins la possibilité de réparation, un fusible à puce est donc prévu dans l'espace d'implantation restreint ; il interrompt en une milliseconde un courant trop élevé.

En outre, ce fusible doit fonctionner de manière fiable dans la plage de température étendue du smartIO 8x24 et être placé, quasiment flottant, sur l'entrée de mesure à couplage haute impédance, dans un espace d'implantation très restreint. Compte tenu également du prix du module, de nombreuses solutions alternatives sont ainsi exclues.

Comment reconnaître un dommage ?

Dans les données de mesure, il apparaît rapidement que, sur une voie de mesure configurée pour la mesure de courant, seules des valeurs nulles sont fournies, quelle que soit la plage de mesure. Un bruit minimal est éventuellement encore observable. Si un capteur ou un transducteur 4 - 20mA est raccordé, cette valeur se situe assurément au-delà de la plage de mesure valide et peut être détectée comme erreur.

astuce

Pour reconnaître une avarie, on peut mesurer avec un multimètre la résistance entre les bornes I_IN et COM d'une voie. Si elle se situe dans la plage $10 \dots 15 \Omega$, l'entrée est fonctionnelle et il faut plutôt chercher le défaut dans le câblage ou l'alimentation du capteur. Si elle est nettement plus élevée ou infinie, le smartIO 8x24 doit être réparé par le service optiMEAS (payant).

Courant d'appel d'un capteur ou d'un transducteur

Certains capteurs ou transducteurs raccordés en technique deux fils, qui véhiculent le signal de mesure et la tension d'alimentation sur la même paire de fils, possèdent en interne des capacités tampon si importantes qu'une pointe de courant nettement supérieure à 500mA peut apparaître à la mise sous tension ! Celle-ci est très brève et ne peut pas être saisie avec un multimètre ordinaire, mais elle suffit à déclencher le fusible à l'entrée.

Cet oscillogramme montre la mise sous tension d'un transducteur alimenté en $24 V$ (jaune) avec une pointe de courant jusqu'à $2 A$ (cyan) sur un shunt de $10 \Omega$. L'énergie injectée dans le fusible (violet + calcul de surface) est, avec $423\,\mu\mathrm{A}^2\mathrm{s}$, déjà proche de la limite de déclenchement.

astuce

En règle générale, la pointe de courant peut être nettement réduite, sans limitation de fonctionnalité, par une résistance série limitant le courant supplémentaire d'environ 50 .. 100 ohms dans la ligne de mesure.

Une résistance série de $50 \Omega$ réduit déjà la pointe à 500mA et l'énergie injectée à une valeur tolérable de $66\,\mu\mathrm{A}^2\mathrm{s}$.