二线制4～20ma变送器的电路设计

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1、第２８卷第１６期甘肃科技Ｖｏｌ２８Ｎｏ１６２０１２年８月ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ２０１２二线制４～２０ｍＡ变送器的电路设计窦美霞（济宁市技师学院，山东济宁２７２１００）摘要：在详细分析设计重点、难点和技术关键的基础上，设计了二线制４～２０ｍＡ变送器的实用电路。它具有电路简单、功耗低、抗干扰能力强等特点，可以实现４～２０ｍＡ变送器的基本功能。关键词：二线制；变送器；Ｖ／Ｉ变换器中图分类号：ＴＰ２１２二线制变送器：变送器是把传感器的输出信号６）在两线输出口非常容易增设一两只防雷防转变为可被控制器识别的信号的转换器，应用在工浪涌器件，有利于安全防雷防爆。业现场

2、，可以远距离测量各类非电物理量，例如温二线制变送器电流环标准下限为４ｍＡ，这使得度、压力、速度、角度等。二线制传输方式中，供电电二线制变送器的设计成为可能。基于以上优点，二源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传线制变送器将有广泛的应用前景。送变送器所需的电源和输出电流信号，既是电源线，又是信号线。在工业现场，用一个来完成信号的调１二线制变送器的结构与原理理并进行长线传输，存在传输线会受到噪声的干扰、图１为二线制变送器的结构。从整体结构上来分布电阻会产生电压降等问题。为了解决上述问题看，二线制变送器由三大部分组成：传感器、调理电和避开相关噪声的影响，工业上最广泛采用的是用路、二线制Ｖ／

3、Ｉ变换器构成。传感器将温度、压力等４～２０ｍＡ电流来传输模拟量。工业４～２０ｍＡ的电非电物理量转化为电参量；调理电路将传感器输出流环是用２０ｍＡ表示信号的满刻度，用４ｍＡ表示零的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线信号，而低于４ｍＡ高于２０ｍＡ的信号用于各种故障性的电压输出。二线制Ｖ／Ｉ变换电路根据信号调理的报警。电路的输出控制总体耗电电流，同时从环路上获得二线制的优点：电压并稳压，供调理电路和传感器使用。１）不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线，可节省大量电缆线和安装费用；２）在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著

4、影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干图１二线制变送器的结构扰；二线制变送器的原理是利用了４～２０ｍＡ信号３）电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于４ｍＡ，于４～２０ｍＡ二线制环路，接收器电阻通常为２５０Ω，那么将不可能输出下限４ｍＡ值。除了Ｖ／Ｉ变换电（取样Ｕｏｕｔ＝１～５Ｖ）这个电阻小到不足以产生显著路之外，电路中每个部分都有其自身的耗电电流，二误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更线制变送器的核心设计思想是将所有的电流都包括长更远；在Ｖ／Ｉ变换的反馈环路内。如图１所示，采样电阻４）各个单台示读装置或记录装置可以在电线长Ｒｓ

5、串联在电路的低端，所有的电流都将通过Ｒｓ流回度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等到电源负极。从Ｒｓ上取到的反馈信号，包含了所有而造成精度的差异，可以实现分散采集，集中控制；电路的耗电。在二线制变送器中，所有的电路总功耗５）将４ｍＡ用于零电平，使判断开路与短路或传不能大于３５ｍＡ，这是二线制变送器的设计根本原则感器损坏（０ｍＡ状态）十分方便；之一。因此电路的低功耗成为主要的设计难点。第１６期窦美霞：二线制４～２０ｍＡ变送器的电路设计６３因此，图２中取Ｒｓ＝１００Ω，当调理电路输出０４～２二线制Ｖ／Ｉ变换器设计２Ｖ时，总耗电电流４～２０ｍＡ。若不能满足Ｒ２ＲｓＶ／Ｉ变换器是一种可

6、以用电压信号控制输出电也没关系，Ｒｓ与Ｒ２并联（Ｒｓ／／Ｒ２）是个固定值，Ｉｓ流的电路。二线制Ｖ／Ｉ变换器与一般Ｖ／Ｉ变换电路与Ｖｏ仍然是线性关系，误差比例系数在校准时可不同点在：电压信号不是直接控制输出电流，而是控以消除。制整个电路自身耗电电流。同时，还要从电流环路除了电路正确以外，该电路正常工作还需要２上提取稳定的电压为调理电路和传感器供电。图２个条件：首先要自身耗电尽量小，省下的电流还要供是二线制Ｖ／Ｉ变换电路的基本原理图，图２中ＯＰ１、给调理电路以及变送器。其次要求运放能够单电源Ｑ１、Ｒ１、Ｒ２、Ｒｓ构成了Ｖ／Ｉ变换器。通过负反馈过工作，即在没有负电源情况下，输入端仍能够接受程，使运

7、放ＯＰ１虚短，Ａ点电压＝０Ｖ。０Ｖ输入，并能正常工作。ＬＭ３５８／３２４是最常见也是价格最低的单电源运放，耗电４００ｕＡ／每运放，基本可以接受。单电源供电时，输入端从－０３Ｖ～Ｖｃｃ－１５Ｖ范围内都能正常工作。如果换成ＯＰ０７等精密放大器，因为输入不允许低至０Ｖ，在该电路中反而无法工作。Ｒ５和Ｕ１构成基准源，产生２５Ｖ稳定的基准电压。ＬＭ３８５是低成本的微功耗基准，２０ｕＡ以上即可工作，手册上给出的曲线