4～20mA電流變送器在工業(yè)控制中的應(yīng)用

4~20ma電流環(huán)工作原理

在工業(yè)現(xiàn)場,用一個儀表放大器來完成信號的調(diào)理并進(jìn)行長線傳輸,會產(chǎn)生以下問題：第一,由于傳輸?shù)男盘柺请妷盒盘?傳輸線會受到噪聲的干擾;第二,傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生電壓降;第三,在現(xiàn)場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。

為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響,我們用電流來傳輸信號,因為電流對噪聲并不敏感。4～20ma的電流環(huán)便是用4ma表示零信號,用20ma表示信號的滿刻度,而低于4ma高于20ma的信號用于各種故障的報警。

4～20ma電流環(huán)有兩種類型：二線制和三線制。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)需要通過長線驅(qū)動現(xiàn)場的驅(qū)動器件如閥門等時,一般采用三線制變送器,這里xtr位于監(jiān)控的系統(tǒng)端,由系統(tǒng)直接向xtr供電,供電電源是二根電流傳輸線以外的第三根線。二線系統(tǒng)是xtr和傳感器位于現(xiàn)場端,由于現(xiàn)場供電問題的存在,一般是接收端利用4～20ma的電流環(huán)向遠(yuǎn)端的xtr供電,通過4～20ma來反映信號的大小。

4～20ma產(chǎn)品的典型應(yīng)用是傳感和測量應(yīng)用,見圖1。在工業(yè)現(xiàn)場有許多種類的傳感器可以被轉(zhuǎn)換成4～20ma的電流信號,ti擁有一些很方便的用于rtd和電橋的變送器芯片。由于ti的變送器芯片含有通用的功能電路比如電壓激勵源、電流激勵流、穩(wěn)壓電路、儀表放大器等,所以可以很方便地把許多傳感器的信號轉(zhuǎn)化為4～20ma的信號。

電橋傳感器的大多數(shù)應(yīng)用是用于測量壓力。在一個實際電路中,如果惠斯登電橋每條臂上的電阻為2k ,那么無論從激勵電壓端或差分輸出端看進(jìn)去,它的等效電阻都是2k 。在沒有壓力的時候,它的電橋是平衡的,輸出電壓為0。當(dāng)施加壓力時,由于電橋失衡,會產(chǎn)生一個差分電壓,差分電壓便會反映這個壓力的大小。

滿度和色調(diào)是壓力傳感器的兩個主要技術(shù)指標(biāo),現(xiàn)實世界里使用著的傳感器都存在著一定的非線性,它的輸出電壓會隨著溫度的變化而變化。輸出電壓隨溫度的變化不是線性的,滿度和色調(diào)都具有這種性質(zhì)。

4～20ma的傳感器信號調(diào)理解決方案

4～20ma電流環(huán)在結(jié)構(gòu)上由兩部分即變送器和接收器組成,變送器一般位于現(xiàn)場端、傳感器端或模塊端,而接收器一般在plc和計算機(jī)端,它一般在控制器內(nèi)。

二線制4～20ma電路應(yīng)用,其工作電源和信號共用一根導(dǎo)線,工作電源由接收端提供。為了避免50/60hz的工頻干擾,采用電流來傳輸信號。二線制方案需要考慮的主要問題：確定所用接收器的數(shù)量,當(dāng)有多個接收器時,它將要求變送器擁有一個較低的工作電源電壓。另外一種考慮是降低回路電流在接收端的壓降。

二線制方案設(shè)計需要考慮：

（1）電路環(huán)中的接收器的數(shù)量：更多的接收器將要求變送器有較低的工作電壓; （2）變送器所必需的工作電壓要有一定的余量;

（3）決定傳感器的激勵方法是電壓還是電流。