了解4-20MA電流信號輸出電子秤工作原理
瀏覽次數：3237發(fā)布日期：2013-06-16
zui近有很多客戶(hù)打來(lái)詢(xún)問(wèn)4-20MA信號輸出電子秤，有的是接PLC，有的是控制繼電器信號輸出，那么我來(lái)給大家講解一下4-20MA電流信號輸出電子秤的工作原理：
在工業(yè)現場(chǎng)，用一個(gè)儀表放大器來(lái)完成信號的調理并進(jìn)行長(cháng)線(xiàn)傳輸，會(huì )產(chǎn)生以下問(wèn)題：*，由于傳輸的信號是電壓信號，傳輸線(xiàn)會(huì )受到噪聲的干擾；第二，傳輸線(xiàn)的分布電阻會(huì )產(chǎn)生電壓降；第三，在現場(chǎng)如何提供儀表放大器的工作電壓也是個(gè)問(wèn)題。
為了解決上述問(wèn)題和避開(kāi)相關(guān)噪聲的影響，我們用電流來(lái)傳輸信號，因為電流對噪聲并不敏感。4～20mA的電流信號輸出便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿(mǎn)刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報警。
4～20mA電流信號輸出有兩種類(lèi)型：二線(xiàn)制和三線(xiàn)制。當監控系統需要通過(guò)長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)現場(chǎng)的驅動(dòng)器件如閥門(mén)等時(shí)，一般采用三線(xiàn)制變送器，這里XTR位于監控的系統端，由系統直接向XTR供電，供電電源是二根電流傳輸線(xiàn)以外的第三根線(xiàn)。二線(xiàn)系統是XTR和傳感器位于現場(chǎng)端，由于現場(chǎng)供電問(wèn)題的存在，一般是接收端利用4～20mA的電流信號輸出向遠端的XTR供電，通過(guò)4～20mA來(lái)反映信號的大小。
4～20mA產(chǎn)品的典型應用是傳感和測量應用，。在工業(yè)現場(chǎng)有許多種類(lèi)的傳感器可以被轉換成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化為4～20mA的信號。
電橋傳感器的大多數應用是用于測量壓力。在一個(gè)實(shí)際電路中，如果惠斯登電橋每條臂上的電阻為2k ，那么無(wú)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(méi)有壓力的時(shí)候，它的電橋是平衡的，輸出電壓為0。當施加壓力時(shí)，由于電橋失衡，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)差分電壓，差分電壓便會(huì )反映這個(gè)壓力的大小。
滿(mǎn)度和色調是壓力傳感器的兩個(gè)主要技術(shù)指標，現實(shí)世界里使用著(zhù)的傳感器都存在著(zhù)一定的非線(xiàn)性，它的輸出電壓會(huì )隨著(zhù)溫度的變化而變化。輸出電壓隨溫度的變化不是線(xiàn)性的，滿(mǎn)度和色調都具有這種性質(zhì)。
4～20mA的傳感器信號調理解決方案
4～20mA電流信號輸出在結構上由兩部分即變送器和接收器組成，變送器一般位于現場(chǎng)端、傳感器端或模塊端，而接收器一般在PLC和計算機端，它一般在控制器內。
二線(xiàn)制4～20mA電路應用，其工作電源和信號共用一根導線(xiàn)，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(lái)傳輸信號。二線(xiàn)制方案需要考慮的主要問(wèn)題：確定所用接收器的數量，當有多個(gè)接收器時(shí)，它將要求變送器擁有一個(gè)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(xiàn)制方案設計需要考慮：
（1）電路環(huán)中的接收器的數量：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。
圖2為T(mén)I提供的帶有電壓調節和參考電路的二線(xiàn)制方案。圖中XTR115/116是用于4～20mA信號的精密的信號轉換器，它包含有5V電壓的穩壓電路，可以向外部電路供電。一個(gè)精密的片上基準電壓可以用于電壓偏置或者傳感器的激勵。
三線(xiàn)制4～20mA電路在設計上是由變送器端提供工作電源，為避免50/60Hz的工頻干擾，采用電流來(lái)傳輸信號。XTR調節器和現場(chǎng)的負載共用一個(gè)地接。方案設計需要考慮：
（1）電流信號輸出路中的接收器的數量；
（2）更多的接收器要求變送器擁有更高的工作電壓；
（3）保證變送器所必需的工作電壓，并應該有一定的余量。
TI提供的三線(xiàn)制的變送器應用方案如圖3所示，圖中XTR110是一個(gè)用于模擬信號傳送的精密的電壓-電流轉換器，它可以將0～5V或0～10V的輸入電壓直接轉換到4～20mA、0～20mA、5～25mA的輸出信號。XTR110含有精密的電阻網(wǎng)絡(luò )，以適應不同的輸入輸出要求。一個(gè)10V的電壓參考可以用于驅動(dòng)外部電路。
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