一種電流型二線制光照強(qiáng)度變送器的設(shè)計(jì)

摘要：現(xiàn)階段對(duì)電流型二線制光照強(qiáng)度變送器的研究還相對(duì)較少，設(shè)計(jì)的光照強(qiáng)度變送器普遍存在精度不高，線性度不好，性能不夠穩(wěn)定，不能輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA電流信號(hào)的問題。介紹了一種電流型二線制光照強(qiáng)度變速器的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)由光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)電壓電路、電壓范圍轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)電流電路以及穩(wěn)壓電源產(chǎn)生電路組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該變送器具有精度高、線性度好、功耗低，能夠穩(wěn)定可靠地輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電流型；光照強(qiáng)度；二線制；變送器；高精度

由于電流信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，目前工業(yè)上廣泛采用4～20mA電流信號(hào)來傳輸模擬量，所以現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的變送器主要以電流型變送器為主。而根據(jù)電流型變送器所外接線的多少，一般可以把電流型變送器分為電流型三線制變送器和電流型二線制變送器。電流型三線制變送器一般外接三根線，分別是兩根電源線與一根電流輸出線；電流型二線制變送器則一般外接兩根線，兩根均為電源線，電源電流即為所要輸出的電流。電流型三線制變送器存在著很明顯的缺點(diǎn)，其傳輸信號(hào)必須用3根線，且為了降低信號(hào)干擾，通常線纜中還需要加屏蔽線，所以當(dāng)需要進(jìn)行長距離傳輸時(shí)，其線纜成本較高，且安裝也比較復(fù)雜，這在很大程度上限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。相比之下，電流型二線制變送器只需要用簡單的雙絞線就可以進(jìn)行信號(hào)傳輸，且雙絞線受干擾較小，不需要額外添加屏蔽線，當(dāng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，電流型二線制變送器相比電流型三線制變送器具有突出的成本優(yōu)勢，所以現(xiàn)階段對(duì)電流型二線制變送器的研究具有重要意義。
目前國內(nèi)外已經(jīng)有一些針對(duì)溫度、濕度等物理量的電流型二線制變送器的研究，而針對(duì)光照強(qiáng)度的電流型二線制變送器的研究則相對(duì)較少。由于光照強(qiáng)度與溫度、濕度等物理量之間的差異性，很多時(shí)候不能將針對(duì)溫度濕度等物理量的電流型二線制變送器電路直接應(yīng)用于電流型二線制光照強(qiáng)度變送器上。另外，目前已有設(shè)計(jì)的一些光照強(qiáng)度變送器普遍存在精度不高，線性度不好，性能不夠穩(wěn)定，不能輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流信號(hào)的問題。為此，這里設(shè)計(jì)了一種電流型二線制光照強(qiáng)度變送器，其具有精度高、線性度好、功耗低的特點(diǎn)，能夠穩(wěn)定可靠地輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA電流信號(hào)，從而有效地解決了前面介紹的問題。

1 變送器系統(tǒng)組成
如圖1所示，電流型二線制光照強(qiáng)度變送器電路，其結(jié)構(gòu)主要包括光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)電壓電路，電壓范圍轉(zhuǎn)換電路，電壓轉(zhuǎn)電流電路，穩(wěn)壓電源產(chǎn)生電路4部分。

光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)電壓電路主要實(shí)現(xiàn)將硅光電池產(chǎn)生的極其微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為后面可處理的0～5 V輸出電壓；電壓范圍轉(zhuǎn)換電路則將0～5 V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為0．4～2 V電壓信號(hào)；電壓轉(zhuǎn)電流電路實(shí)現(xiàn)將0．4～2 V電壓轉(zhuǎn)化為4～20 mA電流信號(hào)；穩(wěn)壓電源產(chǎn)生電路則實(shí)際上利用了產(chǎn)生的4～20 mA電流為前端光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)電壓電路、電壓范圍轉(zhuǎn)換電路提供穩(wěn)定的供電電壓，從而能最大限度減小外接電源供電電壓變動(dòng)對(duì)變送器性能的影響。