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為什么采用4—20mA的電流來傳輸模擬量?

時間:2021/12/24閱讀:988
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大家可能會非常熟悉RS232,RS485,CAN等工業(yè)上常用的總線,他們都是傳輸數(shù)字信號的方式。那么,我們用什么方式來傳輸模擬信號呢?

工業(yè)上普遍需要測量各類非電物理量,例如溫度、壓力、速度、角度等,這些都需要轉換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設備上。工業(yè)上*泛采用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。

采用電流信號的原因是不容易受干擾,因為工業(yè)現(xiàn)場的噪聲電壓的幅度可能達到數(shù)V,但是噪聲的功率很弱,所以噪聲電流通常小于n*別,因此給4-20mA傳輸帶來的誤差非常小;電流源內(nèi)阻趨于無窮大,導線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度,因此在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米;

由于電流源的大內(nèi)阻和恒流輸出,在接收端我們只需放置一個250歐姆到地的電阻就可以獲得0-5V的電壓,低輸入阻抗的接收器的好處是n*的輸入電流噪聲只產(chǎn)生非常微弱的電壓噪聲。

上限取20mA是因為防爆的要求:20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線:正常工作時不會低于4mA,當傳輸線因故障斷路,環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。

電流型變送器將物理量轉換成4~20mA電流輸出,必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線,加上兩根電流輸出線,總共要接4根線,稱之為四線制變送器。

當然,電流輸出可以與電源公用一根線(公用VCC或者GND),可節(jié)省一根線,所以現(xiàn)在基本上將四線制變送器稱之為三線制變送器。其實大家可能注意到, 4-20mA電流本身就可以為變送器供電,變送器在電路中相當于一個特殊的負載,這種變送器只需外接2根線,因而被稱為兩線制變送器。

工業(yè)電流環(huán)標準下限為4mA,因此在量程范圍內(nèi),變送器通常只有24V,4mA供電(因此,在輕負載條件下高效率的DC/DC電源(TPS54331,TPS54160),低功耗的傳感器和信號鏈產(chǎn)品、以及低功耗的處理器(如MSP430)對于兩線制的4-20mA收發(fā)非常重要)。這使得兩線制傳感器的設計成為可能而又富有挑戰(zhàn)。

一般需要設計一個VI轉換器,輸入0-3.3v,輸出4mA-20mA,可采用運放LM358,供電+12v。

我們系統(tǒng)地來看看模擬量設備為什么都偏愛用4~20mA傳輸信號~

4-20mA. DC(1-5V.DC)信號制是國際電工委員會( IEC )過程控制系統(tǒng)采用的模擬信號傳輸標準。我國也采用這一信號制,儀表傳輸信號采用4-20mA.DC,接收信號采用1-5V.DC,即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。

一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA,指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。傳輸信號時候,因為導線上也有電阻,如果用電壓傳輸則會在導線內(nèi)產(chǎn)生一定的壓降,那接收端的信號就會產(chǎn)生一定的誤差了,所以一般使用電流信號作為變送器的標準傳輸。

 

一、什么是4~20mA.DC(1~5V.DC)信號制?

 

4~20mA.DC(1~5V.DC)信號制是國際電工委員會(IEC):過程控制系統(tǒng)用模擬信號標準。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一信號制,儀表傳輸信號采用4~20mA.DC,聯(lián)絡信號采用1~5V.DC,即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。

 

4~20mA電流環(huán)工作原理:



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