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LP PYRHE 16 1 Introduction

Le pyrheliomètre LP PYRHE 16 (pyrheliomètre de première classe selon la classification de la norme ISO 9060) mesure le rayonnement solaire direct (Watt/m2). La surface recevante doit être placée (par moyen d’un suiveur solaire ou d’autre appareil) perpendiculairement aux rayons solaires. Grace à l’utilisation d’opportuns diaphragmes, seulement la lumière directe atteint la surface du capteur. En conformité avec les recommandations WMO (septième édition 2008) et les normes ISO 9060, le pyrheliomètre a un champ de vue de 5°. Le pyrheliomètre est produit en trois versions :

LP PYRHE 16 PASSIF LP PYRHE 16 AC ACTIF avec sortie de COURANT 4..20 mA LP PYRHE 16 AV ACTIF avec sortie de TENSION 0..1V ou 0..5V ou

0..10 V à établir au moment de la commande 2 Principe de Fonctionnement Le pyrheliomètre LP PYRHE 16 se base sur un nouveau capteur passif à thermopile. La surface sensible de la thermopile est revêtue d’un vernis noir opaque qui permet à l’instrument de n’être pas sélectif envers les différentes longueurs d’onde. La plage spectrale du pyrheliomètre est déterminée par la transmission de la fenêtre en quartz qui a la fonction de protéger le capteur de la poussière et de l’eau. Un quartz spécial permet d’effectuer une mesure non sélective de 250nm-4000nm.

Le capteur adopté permet d’obtenir un temps de réponse inferieur aux spécifications de la norme ISO9060 pour la classification des pyrheliomètres de première classe (le temps de réponse est inférieur à 9 secondes tandis que la norme prévoit un temps de réponse inférieur à 20 secondes)

L’énergie radiante est absorbée par la surface noircie de la thermopile, causant par conséquent une différence de température entre la jonction chaude et le corps du pyrheliomètre qui, en ce cas, va faire fonction de jonction froide. La différence de température entre jonction chaude et jonction froide va être transformée en Différence de Potentiel grâce à l’effet Seebeck.

Afin de réduire au minimum les variations de sensibilité en fonction de la température et de se conformer aux spécifications prévues pour un pyrheliomètre de deuxième classe, le LP PYRHE 16 est pourvu d’un circuit de compensation passif. Le graphique 1 montre la variation typique de la sensibilité à des températures différentes.

- 2 -

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Temperatura (C°)

Var

iazi

one

% d

ella

sen

sibi

lità

Graphique 1: Variation en % de la sensibilité du pyrheliomètre LP PYRHE 16 par rapport à la sensibilité à 20 °C, dans la plage de température entre -20 et 50°C. Les déviations sont calculées à partir de la sensibilité mesurée à 20°C. LP PYRHE 16 est un instrument scellé ; pourtant, à fin d’éviter la formation de condensation sur la fenêtre en quartz, qui pourrait influer négativement sur les mesures effectuées, on utilise une cartouche de cristaux de gel de silice qui a la fonction de sécher l’air à l’intérieur de l’instrument.

Le champ visuel angulaire en conformité avec les directives WMO est de 5° et le slope angle est de 1° (figure 1).

Capteur

Ouverture frontale

Ouverture interne

r

R

d

Fig.1: Champ visuel = 2 * arctan (R/d) Slope angle = arctan ([R-r]/d)

Varia

tion

en %

de

la s

ensi

bilit

é

Température (°C)

- 3 -

Pour réduire au minimum la contribution de la lumière diffusée à la lecture du pyrheliomètre, on peut insérer un écran pare-soleil.

Pour effectuer des mesures spectrales de rayonnement solaire direct qui servent à la détermination de l’épaisseur optique dans l’atmosphère, on peut équiper le pyrheliomètre LP PYRHE 16 d’un kit composé d’un écran spécifique (qui permet le montage de la roue porte-filtres) et d’une roue pivotante porte-filtres. La roue porte-filtres est pourvue des filtres suivants :

Longueurs d’onde de coupure [nm]

Type Filtre

Lambda courtes

Lambda longues

Coefficient moyen de transmission

OG 530 526 2900 0.92 RG 630 630 2900 0.92 RG 695 695 2900 0.92 Peut être commandé séparément comme accessoire. Les dimensions dy pyrheliomètre sont montrées dans la figure 2:

72 mm

115

mm

324 mm

50 mm 205 mm 60 mm

38 m

mRécipientpour lesilica-gel

Trous d'alignement

Roueavec filtres

Figure 2

- 4 -

3 Installation et montage du pyrheliomètre pour la mesure du rayonnement solaire direct: Avant l’installation du pyrheliomètre, on devra insérer la cartouche qui contient les cristaux de gel de silice. Le Silica Gel a la fonction d’absorber l’humidité à l’intérieur de l’instrument; humidité qui pourrait causer la formation de condensation sur la surface externe de la fenêtre en quartz, en des conditions climatiques particulières, altérant la mesure. Pendant l’introduction des cristaux de gel de silice on devra éviter de les mouiller ou de les toucher avec les mains. Les opérations à effectuer en milieu sec (en tant que possible) sont les suivantes : 1- Dévisser la cartouche porte-gel de silice à l’aide d’une monnaie 2- Enlever le bouchon foré de la cartouche 3- Ouvrir le sachet (en dotation au pyrheliomètre) contenant le gel de silice 4- Remplir la cartouche avec les cristaux de gel de silice 5- Refermer la cartouche avec son propre bouchon, s’assurant que l’O-ring de

tenue soit positionné correctement 6- Visser la cartouche au corps du pyrheliomètre à l’aide d’une monnaie 7- S’assurer que la cartouche soit bien vissée (au cas contraire la durée des

cristaux de gel de silice se réduit) 8- Le pyrheliomètre est prêt pour être utilisé

La figure 3 montre brièvement les opérations nécessaires pour le chargement de la cartouche avec les cristaux de gel de silice.

A B

C D

Récipient pour lesilica-gel

Couvercleforé

Ouverture dusachet de silica-gel

Remplir lerécipient

Fermer lerécipient

LP G

LP SG

Fig. 3

- 5 -

• Le LP PYRHE 16 doit être installé dans une position aisément accessible pour un nettoyage périodique de la fenêtre en quartz et pour la manutention. En même temps, on devra éviter que des bâtiments, des arbres ou des obstacles de n’importe quel type soient d’obstacle au chemin du soleil pendant toute l’année.

• Pour l’alignement du pyrheliomètre, on peut utiliser les deux trous présents sur les brides antérieure et postérieure. Pour aligner correctement l’instrument, il suffira de s’assurer que les rayons du soleil qui passent à travers le premier trou (sur la bride antérieure du pyrheliomètre) atteignent le deuxième trou (sur la bride postérieure).

4 Connexions Électriques et spécifications techniques de l’électronique de lecture: Le LP PYRHE 16 est produit en trois versions, LP PYRHE 16, LP PYRHE 16 AC et LP PYRHE 16 AV.

• La version LP PYRHE 16 est passive et ne nécessite aucune alimentation.

• Les versions LP PYRHE 16 AC,AV sont actives et ont besoin d’alimentation. La tension demandée est de: 8-30 VDC pour les versions LP PYRHE 16 AC et LP PYRHE 16 AV avec sortie 0..1V et 0..5 V. 14-30 VDC pour la version LP PHE 10 AV avec sortie 0..10V.

• Toutes les versions sont pourvues de connecteur de sortie M12 à 4 pôles

• Le câble optionnel, terminant à une extrémité par le connecteur, est en PTFE résistant aux UV, est pourvu de 3 fils plus gaine (blindage), la correspondance entre les couleurs du câble et les pôles du connecteur est la suivante (figure 4):

23

1

4

12

3 4

Fig.4

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LP PYRHE 16 Connecteur Fonction Couleur

4 Blindage ( ) Noir 1 Positif (+) Rouge 2 Négatif (-) Bleu 3 Boitier ( ) Blanc

LP PYRHE 16 AC

Connecteur Fonction Couleur 4 Blindage ( ) Noir 1 Positif (+) Rouge 2 Négatif (-) Bleu 3 Boitier ( ) Blanc

LP PYRHE 16 AV

Connecteur Fonction Couleur 4 Blindage ( ) Noir 1 (+) Vout Rouge 2 (-) Vout et (-)Vcc Bleu 3 (+) Vcc Blanc

• LP PYRHE 16 doit être branché à un millivolmètre ou à un collecteur de données. Typiquement, le signal en sortie du pyrheliomètre ne supère pas 20 mV. Afin d’exploiter pleinement les caractéristiques du pyrheliomètre, la résolution conseillée pour l’instrument de lecture est 1μV.

B AC D

Thermopile Boitier

Déchargeur

Bleu Rouge Blanc Blindage (Noir)

LP PYRHE 16

Compensationen température

Fig.5

- 7 -

Un exemple de branchement à un système de lecture est illustré dans la figure 6.

Rouge [ ]1

Bleu [ ]2

Noir [ ]4

Blanc [ ]3

Sortie sonde µV/(W/m )2 =

12

3 4 (écran) Convertisseur/Amplificateur en ou avec sortie V mA

Dataloggerou

Fig.6

• LP PYRHE 16 AC doit être branché à un alimentateur et à un millivoltmètre

selon le schéma suivant (figure 7), la résistance de charge pour la lecture du signal doit être ≤ 500 Ω:

Rouge [ ]1

Instrument avecentrée 4...20 mA

Bleu [ ]2

Blanc [ ]3

Alimentateur10...30 Vdc

4...20 mA

Sortie sonde = 4...20 mA

12

3 4

Noir [ ]4(écran)

Fig. 7

• LP PYRHE 16 AV doit être branché à un alimentateur et à un millivoltmètre

selon le schéma suivant (figure 8), la résistance de charge pour la lecture du signal doit être ≥ 100 kΩ:

Rouge [ ]1

Bleu [ ]2

Noir [ ]4

Blanc [ ]3

Alimentateur

Sortie sonde 0...1V, 0...5V, 0...10 V =

(écran)

12

3 4

0...1V0...5V0...10 V

Instrument avecentrée

10...30 Vdc pour d’autres versions15...30 Vdc pour sortie 0÷10V

Fig. 8

- 8 -

5 Maintenance: Afin de garantir une précision des mesures élevée il faut que la fenêtre en quartz soit conservée toujours propre, donc plus haute sera la fréquence de nettoyage, plus élevée sera la précision des mesures. Le nettoyage peut être effectué à l’aide d’un normal tissu de nettoyage pour objectifs photo et avec de l’eau ; si cela n’est pas suffisant, utiliser de l’ALCOOL ÉTHYLE pur. Après le nettoyage avec alcool, il faudra nettoyer de nouveau la fenêtre avec de l’eau seulement.

A cause des sauts thermiques élevés entre le jour et la nuit, il est possible que de la condensation se dépose sur la fenêtre en quartz, dans ce cas la lecture effectuée sera grandement sous-estimée. Pour réduire au minimum la formation de condensation, on a prévu d’introduire une cartouche à l’intérieur de l’instrument avec du matériel absorbant : le Silica-gel. L’efficace des cristaux de gel de silice se réduit dans le temps avec l’absorption de l’humidité. Quand les cristaux de gel de silice sont efficaces leur couleur est jaune, tandis que au fur et à mesure qu’il perdent leur efficacité, il deviennent de couleur blanche/translucide; pour les remplacer, voir les instructions au paragraphe 3. Typiquement, la durée du gel de silice varie de 4 à 12 mois selon les conditions environnementales dans lesquelles l’instrument opère.

6 Étalonnage et réalisation des mesures: LP PYRHE 16 La sensibilité du pyrheliomètre S (ou facteur d’étalonnage) permet de déterminer le rayonnement direct en mesurant un signal en Volt aux extrémités de la thermopile. Le facteur S est donné en μV/(Wm-2). • Une fois mesurée la différence de potentiel (DDP) aux extrémités de la

sonde, l’éclairement énergétique Ee est obtenu grâce à la formule suivante Ee= DDP/S

Où : Ee: est l’éclairement énergétique exprimé en W/m2, DDP: est la différence de potentiel exprimée en μV mesurée par le

multimètre, S: est le facteur d’étalonnage indiqué sur l’étiquette du

pyrheliomètre (et sur le rapport d’étalonnage) en μV/(W/m2).

LP PYRHE 16 AC La sensibilité du pyrheliomètre est réglée en usine de façon à ce que 4..20 mA = 0..2000 W/m2 Pour obtenir la valeur de rayonnement direct une fois connue la valeur du courant (Iout) absorbé par l’instrument on devra appliquer la formule suivante: ( )mAIe out

E 4125 −⋅=

où; Ee: est l’éclairement énergétique exprimé en W/m2, Iout: est le courant en mA absorbé par l’instrument

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LP PYRHE 16 AV La sensibilité du pyrheliomètre est réglée en usine de façon que, selon la version choisie, on aura: 0..1 V = 0.. 2000 W/m2 0..5 V = 0.. 2000 W/m2 0..10 V = 0.. 2000 W/m2 Pour obtenir la valeur de rayonnement une fois connue la tension de sortie (Vout) de l’instrument, on devra appliquer la formule suivante:

oute VE ⋅=2000 pour la version 0…1 V

oute VE ⋅=400 pour la version 0…5 V

oute VE ⋅=200 pour la version 0…10 V

où; Ee: est l’éclairement énergétique exprimé en W/m2, Vout: est la tension de sortie (en Volts) mesurée par le Voltmètre

Tout pyrheliomètre est étalonné individuellement en usine et est caractérisé par son facteur d’étalonnage. Afin de pouvoir exploiter entièrement les propriétés du LP PYRHE 16, on recommande d’effectuer le contrôle de l’étalonnage avec une fréquence annuelle. L’instrumentation en dotation au laboratoire métrologique de Photo-Radiométrie Delta Ohm srl permet d’étalonner les pyranomètres selon les prescriptions du WMO, et assure la référabilité des mesures aux échantillons internationaux.

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7 Caractéristiques techniques: Sensibilité typique: 10 μV/(W/m2) LP PYRHE 16 4..20 mA (0-2000 W/m2) LP PYRHE 16 AC 0..1,5,10V (0-2000 W/m2) LP PYRHE 16 AV Impédance: 500 Ω ÷ 1000 Ω Plage de mesure: 0-2000 W/m2

Champ visuel: 2π sr Plage spectrale: 250 nm ÷ 4000 nm (50%) (transmission des dômes) 280 nm ÷ 3800 nm (95%) Température de travail: -40 °C ÷ 80 °C Dimensions: figura 1 Poids: 1.5 Kg Caractéristiques Techniques selon ISO 9060 1- Temps de réponse: <9 sec (95%) 2- Off-set du Zéro:

réponse à une variation de la température ambiante de 5K/h: <⏐±3⏐W/m2

3a- Instabilité à long terme: <⏐±1⏐ % (1 an) 3b- Non linéarité: <⏐±0..5⏐ % 3d- Sélectivité spectrale: < ⏐±1⏐ % 3e- Réponse en fonction de < ⏐±2⏐ % la température 3f- Réponse en fonction du Tilt: <⏐±0.5⏐ %

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8 Codes de commande CODES DE COMMANDE ARTICLE LP PYRHE 16 Pyrheliomètre de première classe selon

ISO 9060. Pourvu de : écran pare-soleil, cartouche pour cristaux de gel de silice, 3 recharges, prise libre M12 à 4 pôles et Rapport d’Étalonnage.

LP PYRHE 16 AC Pyrheliomètre de première classe selon ISO 9060. Pourvu de : écran pare-soleil, cartouche pour cristaux de gel de silice, 3 recharges, prise libre M12 à 4 pôles et Rapport d’Étalonnage. Sortie du signal de courant 4..20 mA.

LP PYRHE 16 AV Pyrheliomètre de première classe selon ISO 9060. Pourvu de : écran pare-soleil, cartouche pour cristaux de gel de silice, 3 recharges, prise libre M12 à 4 pôles et Rapport d’Étalonnage. Sortie du signal de tension 0..1Vdc, 0..5Vdc, 0..10Vdc, à établir au moment de la commande.

CPM AA 4.5 Prise libre M12 à 4 pôles pourvue de câble résistant aux UV, L=5 mètres.

CPM AA 4.10 Prise libre M12 à 4 pôles pourvue de câble résistant aux UV, L=10 mètres.

Kit 16.16 Kit composé de roue pivotante (5 positions) avec 3 filtres Schott (OG530, RG630, RG695), écran pare-soleil et accessoires pour le fixage de la roue au pyrheliomètre.

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LP…S PHOTOMETRIC AND RADIOMETRIC PROBES ENGLISH RS485 MODBUS-RTU connection Rev. 2.3 – 06/11/2017

SETTING THE PARAMETERS OF THE PHOTOMETRIC AND RADIOMETRIC SENSORS WITH RS485 MODBUS-RTU OUTPUT BY USING A STANDARD COMMUNICATION PROGRAM.

RS485 COMMUNICATION PARAMETERS: Before connecting the sensor to the RS485 network, an address must be assigned and the communication parameters must be set, if different from the factory preset.

The setting of the parameters is performed by connecting the sensor to the PC in one of the following two ways:

A. By using the optional CP24 cable, with built-in RS485/USB converter. In this connection mode, the sensor is powered by the PC USB port. To use the cable, it is necessary to install the related USB drivers in the PC.

B. By using the supplied 8-pole M12 female connector or the optional CPM12-8D… cable and a generic RS485/USB or RS485/RS232 converter. In this connection mode, it is necessary to power the sensor separately. If a RS485/USB converter is used, it is necessary to install the related USB drivers in the PC.

NOTES ON THE INSTALLATION OF UNSIGNED USB DRIVER: before installing unsigned USB driver into operating systems starting from Windows 7, it is necessary to restart the PC by disabling the driver signing request. If the operating system is 64-bit, even after installation the request of driver signing have to be disabled each time the PC is restarted.

Procedure for setting the communication parameters:

1. Start with the sensor not powered (if the CP24 cable is used, disconnect one end of the cable).

2. Start a communication program, such as Hyperterminal. Set the Baud Rate to 57600 and set the communication parameters as follows (the sensor is connected to a COM type port):

Data Bits: 8 Parity: None Stop Bits: 2

In the program, set the COM port number to which the sensor will be connected.

Power supply

or

CPM12-8D… cable Red

Blue Brown

White

Sensor M12 male connector

CP24 cable Sensor M12 connector

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3. Switch the sensor on (if the CP24 cable is used, connect both ends of the cable).

4. Wait until the sensor transmits the & character, then send (within 10 seconds from the sensor power on) the @ command and press Enter.

Note: if the sensor does not receive the @ command within 10 seconds from power on, the RS485 MODBUS mode is automatically activated. In such a case, it is necessary to switch off and on again the sensor.

5. Send the command CAL USER ON. Note: the command CAL USER ON is disabled after 5 minutes of inactivity.

6. Send the serial commands given in the following table to set the RS485 MODBUS parameters:

Command Response Description CMAnnn &| Set RS485 address to nnn

Ranging from 1 to 247 Preset on 1

CMBn &| Set RS485 Baud Rate n=0 ⇒ 9600 n=1 ⇒ 19200 Preset on 1 ⇒ 19200

CMPn &| Set RS485 transmission mode n=0 ⇒ 8-N-1 (8 data bits, no parity, 1 stop bit) n=1 ⇒ 8-N-2 (8 data bits, no parity, 2 stop bits) n=2 ⇒ 8-E-1 (8 data bits, even parity, 1 stop bit) n=3 ⇒ 8-E-2 (8 data bits, even parity, 2 stop bits) n=4 ⇒ 8-O-1 (8 data bits, odd parity, 1 stop bit) n=5 ⇒ 8-O-2 (8 data bits, odd parity, 2 stop bits) Preset on 2 ⇒ 8-E-1

CMWn &| Set receiving mode after RS485 transmission n=0 ⇒ Violate protocol and go in Rx mode right after Tx n=1 ⇒ Respect protocol and wait 3.5 characters after Tx Preset on 1 ⇒ Respect the protocol

7. You can check the parameters setting by sending the following serial commands:

Command Response Description RMA Address Read RS485 address RMB Baud Rate

(0,1) Read RS485 Baud Rate 0 ⇒ 9600 1 ⇒ 19200

RMP Tx Mode (0,1,2,3,4,5)

Read RS485 transmission mode 0 ⇒ 8-N-1 1 ⇒ 8-N-2 2 ⇒ 8-E-1 3 ⇒ 8-E-2 4 ⇒ 8-O-1 5 ⇒ 8-O-2

RMW Rx Mode (0,1)

Read receiving mode after RS485 transmission 0 ⇒ Violate protocol and go in Rx mode right after Tx 1 ⇒ Respect protocol and wait 3.5 characters after Tx

Note: it is not required to send the CAL USER ON command to read the settings.

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SETTING THE RANGE IN THE LP PHOT03BLS PROBE:

The LP PHOT03BLS probe has two measuring ranges: 0…20,000 lux (low range) with 1 lux resolution and 0…200,000 lux (high range, default) with 10 lux resolution.

In order to change the range, proceed as for setting the communication parameters, up to step 4 included, then send the command CAL START (instead of the command CAL USER ON) and the serial commands given in the following table:

Command Response Description O2E &| Set low range (0…20,000 lux, 1 lux resolution) O2D &| Set high range (0…200,000 lux, 10 lux resolution) RO hh| Read the configuration byte

bit 2 = 0 ⇒ high range (0…200,000 lux, 10 lux resolution) bit 2 = 1 ⇒ low range (0…20,000 lux, 1 lux resolution) The bit 2 is the third bit from the right of the configuration byte

READING OF THE MEASURES WITH THE MODBUS-RTU PROTOCOL In MODBUS mode, you can read the values measured by the sensor through the function code 04h (Read Input Registers). The following table lists the quantities available with the appropriate register address:

Address Quantity Format 2 Measurement:

LP PYRA… / LP PYRHE16: solar radiation in W/m2 LP PHOT03 low range (20,000 lux): illuminance in lux LP PHOT03 high range (200,000 lux): illuminance in lux/10 [e.g.: 3278 means 32780 lux, the resolution is 10 lux]

LP RAD03: irradiance in W/m2 LP PAR03: photon flow in µmol m-2 s-1 LP UVA03: UVA irradiance in W/m2 x 10 [e.g.: 425 means 42.5 W/m2, the resolution is 0.1 W/m2]

16-bit Integer

3 Status register: bit0=1 ⇒ measurement error bit2=1 ⇒ configuration data error bit3=1 ⇒ program memory error

16-bit Integer

4 Average values of the last 4 measurements 16-bit Integer

5 Signal generated by the sensor: LP PYRA… / LP PYRHE16: µV/10 [e.g.: 816 means 8160 µV, the resolution is 10 µV] LP PHOT03 low range (20,000 lux): µV LP PHOT03 high range (200,000 lux): µV/10 [e.g.: 3278 means 32780 µV, the resolution is 10 µV]

LP RAD03: µV/10 [e.g.: 9065 means 90650 µV, the resolution is 10 µV]

LP PAR03: µV LP UVA03: µV

16-bit Integer

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OPERATING MODE: the sensor enters RS485 MODBUS-RTU mode after 10 seconds from power on. In the first 10 seconds from power on the sensor does not reply to requests from the MODBUS master unit. After 10 seconds, it is possible to send MODBUS requests to the sensor.

CONNECTION:

Connector Function Color 1 Power supply negative Blue 2 Power supply positive Red 3 Not connected 4 RS485 A/- Brown 5 RS485 B/+ White 6 Case Shield (Black) 7 Not connected 8 Not connected

The RS485 output is not isolated.

The metallic case of the sensor should preferably be grounded ( ) locally. In this case, do not connect the shield of the CPM12-8D… cable to prevent ground loops.

Only if it is not possible to ground locally the metallic case of the sensor, connect the shield of the CPM12-8D… cable to ground ( ).

Connection of RS485 output

Sensor

Discharger

Case

RS485 output

Power supply

Sensor M12 male connector CPM12-8D… cable

Power supply 5…30 Vdc

Red Blue

Brown White CPM12-8D… cable

Sensor M12 male connector

PLC, data logger or RS485/USB or RS485/RS232

converter for PC

Other sensors with RS485 output

Termination Termination

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CABLES:

CP24 PC connecting cable for the MODBUS parameters configuration. With built-in RS485/USB converter. 8-pole M12 connector on sensor side and A-type USB connector on PC side.

CPM12-8D.2 Cable with 8-pole M12 connector on one end, open wires on the other side. Length 2 m.

CPM12-8D.5 Cable with 8-pole M12 connector on one end, open wires on the other side. Length 5 m.

CPM12-8D.10 Cable with 8-pole M12 connector on one end, open wires on the other side. Length 10 m.