二線制4mA到20mA變送器的電路設(shè)計(jì)的詳細(xì)資料說明

　　在詳細(xì)分析設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了二線制4—20mA變送器的實(shí)用電路。它具有電路簡(jiǎn)單、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)4—20mA變送器的基本功能。

　　二線制變送器：變送器是把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀?a target='_blank' class='arckwlink_none'>控制器識(shí)別的信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可以遠(yuǎn)距離測(cè)量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等。二線制傳輸方式中，供電電源、負(fù)載電阻、變送器是串聯(lián)的，即二根導(dǎo)線同時(shí)傳送變送器所需的電源和輸出電流信號(hào)，既是電源線，又是信號(hào)線。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，用一個(gè)來完成信號(hào)的調(diào)理并進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸，存在傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾、分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降等問題。為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，工業(yè)上最廣泛采用的是用 4—20mA電流來傳輸模擬量。工業(yè)4～20mA的電流環(huán)是用20mA表示信號(hào)的滿刻度，用4mA表示零信號(hào)，而低于4n認(rèn)高于20tnA的信號(hào)用于各種故障的報(bào)警。

　　二線制的優(yōu)點(diǎn)：

　　1）不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響，可用非常便宜的更細(xì)的導(dǎo)線，可節(jié)省大量電纜線和安裝費(fèi)用；

　　2）在電流源輸出電阻足夠大時(shí)，經(jīng)磁場(chǎng)耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，因?yàn)楦蓴_源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能降低干擾；

　　3）電容性干擾會(huì)導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對(duì)于4～20mA二線制環(huán)路，接收器電阻通常為250Q， （取樣uout=1—5V）這個(gè)電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長(zhǎng)度比電壓遙測(cè)系統(tǒng)更長(zhǎng)更遠(yuǎn)；

　　4）各個(gè)單臺(tái)示讀裝置或記錄裝置可以在電線長(zhǎng)度不等的不同通道間進(jìn)行換接，不因電線長(zhǎng)度的不等而造成精度的差異，可以實(shí)現(xiàn)分散采集，集中控制；

　　5）將4mA用于零電平，使判斷開路與短路或傳感器損壞（0InA狀態(tài)）十分方便；

　　6）在兩線輸出口非常容易增設(shè)一兩只防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。

　　二線制變送器電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，這使得二線制變送器的設(shè)計(jì)成為可能?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，二線制變送器將有廣泛的應(yīng)用前景。

　　圖1為二線制變送器的結(jié)構(gòu)。從整體結(jié)構(gòu)上來看，二線制變送器由三大部分組成：傳感器、調(diào)理電路、二線制V／I變換器構(gòu)成。傳感器將溫度、壓力等非電物理量轉(zhuǎn)化為電參量；調(diào)理電路將傳感器輸出的微弱或非線性的電信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)理、轉(zhuǎn)化為線性的電壓輸出。二線制V／I變換電路根據(jù)信號(hào)調(diào)理電路的輸出控制總體耗電電流，同時(shí)從環(huán)路上獲得電壓并穩(wěn)壓，供調(diào)理電路和傳感器使用。

　　二線制變送器的原理是利用了4—20mA信號(hào)為自身提供電能。如果變送器自身耗電大于4rnA，那么將不可能輸出下限4mA值。除了v／I變換電路之外，電路中每個(gè)部分都有其自身的耗電電流，二線制變送器的核心設(shè)計(jì)思想是將所有的電流都包括在v／I變換的反饋環(huán)路內(nèi)。如圖1所示，采樣電阻 Rs串聯(lián)在電路的低端，所有的電流都將通過風(fēng)流回到電源負(fù)極。從Rs上取到的反饋信號(hào)，包含了所有電路的耗電。在二線制變送器中，所有的電路總功耗不能大于3．5rnA，這是二線制變送器的設(shè)計(jì)根本原則之一。因此電路的低功耗成為主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。