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为什么要用4-20mA的电

流传输模拟量

  您可能对RS232、RS485、CAN等工业用总线很熟悉,它们都是用来传输数字信号的。那我们用什么方法来传输模拟信号呢?

  在工业中,一般需要测量各种非电物理量,如温度、压力、速度、角度等,这些都需要转化为模拟量电信号,以便在几百米以外的控制室或显示设备中传送。行业中应用最广泛的是用4~20毫安的电流来传送模拟量。

  由于工业现场的噪声电压幅值可达数V,但噪声功率很弱,所以噪声电流一般小于nA级,因此对4-20mA传输带来的误差很小;电流源内阻趋于无穷大,导线电阻串联在回路中不会影响精度,因此在普通双绞线上可传输几百米;

  因为电流源具有较大的内阻和恒流输出,所以我们在接收端只需对地施加250欧姆的电阻即可获得0-5V的电压,而采用低输入阻抗接收器的优点是nA级的输入电流噪声只能产生很微弱的电压噪声。

  最大值为20毫安是由于防爆要求:20毫安电流通断产生的火花能量不足以引燃瓦斯。下界不取0mA是因为可以检测到断线:正常情况下不低于4mA,当当当传输线由于故障中断时,环路电流下降到0。断路器通常取2毫安为报警值。

  该变送器是把物理量转换成4~20mA的电流输出,必须有外部电源为其供电。通常情况下,传送器需要两条电力线,再加上两条电流输出线,并接上四条线,称为四线传送器。

  自然地,电流输出可以通过一根公用的电线供电(公用VCC或GND),这样就节省了一根电线,所以现在基本上把四线制变送器称为三线制变送器。实际上你可能会注意到,4-20mA的电流本身就能给变送器供电,变送器在电路中相当于一种特殊的负载,这种变送器只需要接2根线,因此称为二线制变送器。

  由于工业电流环的标准下限是4mA,因此,在量程范围内,变送器通常只有24V,4mA(因此,在轻负载情况下,高效DC/DC电源(TPS54331,TPS54160),低功率传感器和信号链产品,以及低功率处理器对4-20mA的两线制收发非常重要)。因此,两线制传感器的设计是可行的,也是一个很有挑战性的问题。

  通常需要设计一个VI转换器,输入0-3.3v,输出4mA-20mA,功率+12v。

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