4～20mA电流变送器的工业控制应用

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1、4～20mA电流变送器的工业控制应用4~20mA电流环工作原理　　在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而不纯洁；第二，传输线的电阻会产生电压降，那么接收端的信号就会产生误差；第三，在现场如何提供仪表放大器的不同的工作电压也是个问题。　　为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。　4

2、～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。　　4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。由于TI的变送器芯片含

3、有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。　　4～20mA的校正　　传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光或手动电阻器调整，而调整是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。电子器件和传感器调整起来不够方便。　　现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽的调整范围；调整过程中不存在相互影

4、响；电子器件和传感器可以很方便地调整。4～20mA与0～20mA那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？为了减少接线的复杂性，传感器选择两线要比多线简单的多，两线既要传输信号，又要给传感器供电，所以设计者从中盗窃4mA电流给传感器放大电路供电，这样4-20mA的标准就确定了。　4～20mA的负载估算双绞线特性阻抗是50欧姆左右，相隔10mm宽的0.2的导线特性阻抗300Ω左右，所以负载电阻选择50-300欧姆比较理想，为了AD转换方便，负载电阻上的信号最大量程值一般5-10V比较合适，那么权衡所有，负载电阻250欧姆，电流20mA

5、，负载压降5V比较满意。4～20mA电路设计4～20mA电路原理分析U1:HCNR200是一只隔离用的线性光耦,其中第一脚和第二脚为一发光二极管，第三脚和第四脚位一线性修正用的接收二极管，第五脚和第六脚为输出二极管，第七脚和第八脚为空脚。4-20毫安的电流在电阻R1上形成0.48V-2.4V的压降。通过R2输入到反向输入端。输出输出电压通过Q1给U1A提供一个线性的电压。使得U1A的电流随着4-20MA的变化而变化。输出电压经过R3和U1C分压，输入到反相端，经缓冲后输出。R16和C5是起增加输出电压平滑性的作用。4-20毫安电流转1-5

6、V电压转换电路  欢迎参与调查 最简单的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路   在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器(变送器)输出的1-10mA或者4-20mA电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，图1就是这种电路最简单的应用示意图。    仅仅使用一只I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照Vin／I=R求出，Vin是单片机需要的满度A／D信号电压，I是输入的最大信号电流。   这种电路虽然简单，但是却不实用，首先，其实际意义是零点信号的时候，会有一个

7、零点电流流过取样电阻，如果按照4~20mA输入电流转换到最大5V电压来分析，零点的时候恰好就是1V，这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。可是这样一来。其有用电压就会剩下5-1=4V而不是5V了。由于单片机的A／D最大输入电压就是单片机的供电电压，这个电压通常就是5V，因此，处理这种简单的输入转换电路时比较麻烦。为了达到A／D转换的位数，就会导致芯片成本增加。LM324组成的4－20mA输入/5V输出的I/V转换电路  解决上面问题的简单方法是在单片机输入之前配置一个由运算放大器组成的缓冲处理电路，见图2。    增加

8、这级运算放大器可以起到对零点的处理会变得更加方便，无需耗用单片机的内部资源，尤其单片机是采用A／D接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证A/D转换位数的资源能够全部应用于有用信号上