4~20mA电流变送器的工业控制应用

2010-12-23 11:03:40来源: 世界电子元器件 关键字:工业现场  电流变送器  控制应用  仪表放大器

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,传输线会受到噪声的干扰;第二,传输线的分布电阻会产生电压降;第三,在现场如何提供仪表放大器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。

    4~20ma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,见图1。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。


 

    电桥传感器的大多数应用是用于测量压力。在一个实际电路中,如果惠斯登电桥每条臂上的电阻为2k ,那么无论从激励电压端或差分输出端看进去,它的等效电阻都是2k 。在没有压力的时候,它的电桥是平衡的,输出电压为0。当施加压力时,由于电桥失衡,会产生一个差分电压,差分电压便会反映这个压力的大小。

    满度和色调是压力传感器的两个主要技术指标,现实世界里使用着的传感器都存在着一定的非线性,它的输出电压会随着温度的变化而变化。输出电压随温度的变化不是线性的,满度和色调都具有这种性质。

4~20ma的传感器信号调理解决方案

    4~20ma电流环在结构上由两部分即变送器和接收器组成,变送器一般位于现场端、传感器端或模块端,而接收器一般在plc和计算机端,它一般在控制器内。

    二线制4~20ma电路应用,其工作电源和信号共用一根导线,工作电源由接收端提供。为了避免50/60hz的工频干扰,采用电流来传输信号。二线制方案需要考虑的主要问题:确定所用接收器的数量,当有多个接收器时,它将要求变送器拥有一个较低的工作电源电压。另外一种考虑是降低回路电流在接收端的压降。

    二线制方案设计需要考虑:

(1)电路环中的接收器的数量:更多的接收器将要求变送器有较低的工作电压; (2)变送器所必需的工作电压要有一定的余量;

(3)决定传感器的激励方法是电压还是电流。

 

 

    图2为ti提供的带有电压调节和参考电路的二线制方案。图中xtr115/116是用于4~20ma信号的精密的信号转换器,它包含有5v电压的稳压电路,可以向外部电路供电。一个精密的片上基准电压可以用于电压偏置或者传感器的激励。

    三线制4~20ma电路在设计上是由变送器端提供工作电源,为避免50/60hz的工频干扰,采用电流来传输信号。xtr调节器和现场的负载共用一个地接。方案设计需要考虑:

(1)电流环路中的接收器的数量;

(2)更多的接收器要求变送器拥有更高的工作电压;

(3)保证变送器所必需的工作电压,并应该有一定的余量。

    ti提供的三线制的变送器应用方案如图3所示,图中xtr110是一个用于模拟信号传送的精密的电压-电流转换器,它可以将0~5v或0~10v的输入电压直接转换到4~20ma、0~20ma、5~25ma的输出信号。xtr110含有精密的电阻网络,以适应不同的输入输出要求。一个10v的电压参考可以用于驱动外部电路。
 

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响;电子器件和传感器可以很方便地调整。

    xtr108是ti提供的校正4~20ma的解决方法。它具有480 a的电流参考,它提供rtd的非线性校正,不需要外加可调电阻器。xtr108的特点有:

(1)具有传感器的线性化电路;

(2)数字校正。通过spi接口可以直接对xtr108设置,通过spi接口可直接编程eeprom;

(3)自动稳零的可编程增益的应用放大器的增益范围为6.26~400倍;

(4)rtd激励的可编程电流的分辨率为1.54 a;

(5)校正参数存储在外接的eeprom中;

(6)可编程的过量程和欠量程的输出。

    此外,ti还提供一款桥路传感器的数字校正解决方案——pga309,它是专为压力桥路传感器设计的可编程模拟信号调节器。它模拟放大器传感信号并提供对色调电压和满度电压的数字校正,由于避免了手动调整而获得了长期的稳定性,并将输出电压信号转换成4~20ma的输出。

关键字:工业现场  电流变送器  控制应用  仪表放大器

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/1223/article_3728.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:污水集中排放监控终端的设计和实现
下一篇:基于CMOS图像传感器的计花器的设计

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利
推荐阅读
全部
工业现场
电流变送器
控制应用
仪表放大器

小广播

独家专题更多

东芝在线展会——芯科技智社会创未来
东芝在线展会——芯科技智社会创未来
2017东芝PCIM在线展会
2017东芝PCIM在线展会
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved