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为什么一般的变送器信号是4到20毫安
有你足够
工业上普遍需要测量各类非电物理量,例如温度、压力、速度、角度等,都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。 采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大,导线电阻串联在回路中不影响精度,在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求:20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线:正常工作时不会低于4mA,当传输线因故障断路,环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。 电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出,必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线,加上两根电流输出线,总共要接4根线,称之为四线制变送器。当然,电流输出可以与电源公用一根线(公用VCC或者GND),可节省一根线,称之为三线制变送器。 其实大家可能注意到, 4-20mA电流本身就可以为变送器供电,如图1C所示。变送器在电路中相当于一个特殊的负载,特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线,因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA,因此只要在量程范围内,变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。 在工业应用中,测量点一般在现场,而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算,省去2根导线意味着成本降低近百元!因此在应用中两线制传感器必然是首选。2.两线制变送器的结构与原理 两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于4mA,那么将不可能输出下限4mA值。因此一般要求两线制变送器自身耗电(包括传感器在内的全部电路)不大于3.5mA。这是两线制变送器的设计根本原则之一。 从整体结构上来看,两线制变送器由三大部分组成:传感器、调理电路、两线制V/I变换器构成。传感器将温度、压力等物理量转化为电参量,调理电路将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线性的电压输出。两线制V/I变换电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流;同时从环路上获得电压并稳压,供调理电路和传感器使用。 除了V/I变换电路之外,电路中每个部分都有其自身的耗电电流,两线制变送器的核心设计思想是将所有的电流都包括在V/I变换的反馈环路内。如图,采样电阻Rs串联在电路的低端,所有的电流都将通过Rs流回到电源负极。从Rs上取到的反馈信号,包含了所有电路的耗电。在两线制变送器中,所有的电路总功耗不能大于3.5mA,因此电路的低功耗成为主要的设计难点。下面将逐一分析各个部分电路的原理与设计要点。3.两线制V/I变换器 V/I 变换器是一种可以用电压信号控制输出电流的电路。两线制V/I变换器与一般V/I变换电路不同点在:电压信号不是直接控制输出电流,而是控制整个电路自身耗电电流。同时,还要从电流环路上提取稳定的电压为调理电路和传感器供电。附图是两线制V/I变换电路的基本原理图: 图中OP1、Q1、R1、R2、Rs构成了V/I变换器。分析负反馈过程:若A点因为某种原因高于0V,则运放OP1输出升高,Re两端电压升高,通过Re的电流变大。相当于整体耗电变大,通过采样电阻Rs的电流也变大,B点电压变低(负更多)。结果是通过R2将A点电压拉下来。反之,若A点因某种原因低于0V,也会被负反馈抬高回0V。总之,负反馈的结果是运放OP1虚短,A点电压=0V。下面分析Vo对总耗电的控制原理: 假设调理电路输出电压为Vo,则流过R1的电流 I1=Vo/R1 运放输入端不可能吸收电流,则I1全部流过R2,那么B点电压 VB= -I1*R2 = -Vo*R2/R1 取R1=R2时,有VB=-Vo 电源负和整个便送器电路之间只有Rs、R2两个电阻,因此所有的电流都流过Rs和R2。R2上端是虚地(0V),Rs上端是GND。因此R2、Rs两端电压完全一样,都等于VB 。相当于Rs与 R2并联作为电流采样电阻。因此电路总电流: Is=Vo/(Rs//R2) 如果取R2>>Rs,Is=Vo/Rs 因此,图3中取Rs=100欧,当调理电路输出0.4~2V的时候,总耗电电流4~20mA. 若不能满足R2>>Rs也没关系,Rs与 R2并联(Rs//R2)是个固定值,Is与Vo仍然是线性关系,误差比例系数在校准时可以消除。 除了电路正确以外,该电路正常工作还需要2个条件:首先要自身耗电尽量小,省下的电流还要供给调理电路以及变送器。其次要求运放能够单电源工作,即在没有负电源情况下,输入端仍能够接受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,手册上给出的曲线在100uA附近最平坦,所以通过R5控制电流100uA左右。OP2构成一个同向放大器,将基准放大,向调理电路及传感器供电。因为宽输入电压、低功耗的稳压器稀少,成本高;将基准放大作为稳压电源是一个廉价的方案。 该部分电路也可以选择现成的集成电路。比如XTR115/116/105等,精度和稳定性比自制的好,自身功耗也更低(意味着能留更多电流给调理电路,调理部分更容易设计)。但成本比上述方案高10倍以上.4.两线制压力变送器设计 压力桥、称重传感器输出信号微弱,都属于mV级信号。这一类小信号一般都要求用差动放大器对其进行第一级放大。一般选用低失调、低温飘的差动放大器。另外在两线制应用中,低功耗也是必需的。AD623是常用的低功耗精密差动放大器,常用在差分输出前级的放大。 AD623失调最大200uV,温飘1uV/度,在一般压力变送应用保证了精度足够。 R0将0.4V叠加在AD623的REF脚(5脚)上,在压力=0情况下通过调整R0使输出4mA,再调整RG输出20.00mA,完成校准。 电路设计时需注意,压力桥传感器相当于一个千欧级的电阻,耗电一般比较大。适当降低压力桥的激励电压可以减小耗电电流。但是输出幅度也随之下降,需要提高AD623的增益。图6给出的传感器采用恒压供电,实际应用中大部分半导体压力传感器需要恒流供电才能获得较好的温度特性,可以用一个运放构成恒流源为其提供激励。 5.稳定性和安全性的考虑 工业环境下环境恶劣且对可靠性要求高,因此两线制变送器的设计上需要考虑一定的保护和增强稳定性措施。 1.电源保护。 电源接反、超压、浪涌是工业上常见的电源问题。电源接反是设备安装接线时最容易发生的错误,输入口串一只二极管即可防止接反电源时损坏电路。如果输入端加一个全桥整流器,那么即使电源接反仍能正常工作。为防止雷击、静电放电、浪涌等能量损坏变送器,变送器入口处可以加装一只TVS管来吸收瞬间过压的能量。一般TVS电压值取比运放极限电压略低,才能起到保护作用。如果可能遭受雷击,TVS可能吸收容量不够,压敏电阻也是必需的,但是压敏电阻本身漏电会带来一定误差。 2.过流保护。 设备运行过程中可能有传感器断线、短路等错误情况发生。或者输入量本身很有可能超量程,变送器必须保证任何情况下输出不会无限制上升,否则有可能损坏变送器本身、电源、或者远方显示仪表。 图中Rb和Z1构成了过流保护电路。无论什么原因导致OP1输出大于6.2V(1N4735是6.2V稳压管),都会被Z1钳位,Q1的基极不可能高于6.2V。因此Re上电压不可能高于6.2-0.6=5.6V,因此总电流不会大于Ue/Re = 5.6V/200=28mA。 3.宽电压适应能力。 一般两线制变送器都能适应大范围的电压变化而不影响精度。这样可以适用各类电源,同时能够适应大的负载电阻。对电源最敏感的部分是基准源,同时基准源也是决定精度的主要元件。3楼图中基准通过R5限流,当电源电压变化时,R5上电流也随之改变,对基准稳定性影响很大。附图中利用恒流源LM334为基准供电,电压大范围变化时,电流基本不变,保证了基准的稳定性。 4.退藕电容 一般的电路设计中,每个集成电路的电源端都会有退藕电容。在两线制变送器上电时,这些电容的充电会在瞬间导致大电流,有可能会损坏远方仪表。因此每个退藕电容一般不超过10nF,总退藕电容不宜超过50nF。入口处一个10nF电容是必需的,保证长线感性负载下,电路不震荡。
2023-07-15
1条回答
问
计算机如何接收传感器信号的?
043e3feb4fb3
根据传感器的不通,有的输出模拟信号,有的输出数字信号,如果输出的是模拟信号后面需要接AD(模数转换器)将模拟信号转成数字信号。有了数字信号,不管数值是多少,计算机就可以处理了。
2023-06-12
2条回答
问
两线制零速开关以什么作为信号?如何检测?
d362720a6e7b
你自己已经解释清楚了:一根是信号输出线,传感器就是两根线之间的一个“开关”,无感应信号,两根线不接通,即传感器无输出;如果有感应信号,“开关”闭合,两根线接通,亦即输出线接通电源,产生信号。这种开关叫两线的接近开关,一根是电源线,一根是输出信号线,感应后有输出提供信号电压,只知道这个应用功能并知道如何应用就可以了,至于内部如何实现技术如何处理怎么做的不必去打破沙锅问到底,这是应用技术方面的工程思想之一。
2023-06-12
2条回答
问
佐首PH控制器电流输出信号怎么调节?
7125b1b7cbc5
,此电路的输出幅度己有齐纳管D2、D3决定故从内部调整可能牵制太大较为困难,好得输出由U4担任、输出阻抗较低外接电位器不会对电路有多大影响,2,电路的反转电平可视为由U4的二输入端电平比较决定,即负端>0还是<0、又由于负端的电压决定于占空比调整电位器的输出电流与C9电容的积分时间(即频率),因调节电容较为困难故用调节电流方法。3,具体做法据频率与调整范围要求改小R3阻值并串入适当阻值电位器。以上纯属纸上分析望实验之。
2023-06-12
2条回答
问
多个普通继电器组合,能产生脉冲信号吗?
98ce6927d984
一个 普通继电器 就可以完成
2023-04-07
4条回答
问
右转弯信号灯只有红灯,没有绿灯,这样的设置规范吗
95c71450349d
右转没有特定的右转信号灯的可以直接转
2023-03-23
2条回答
问
交通信号灯转弯规则
9a43fb922216
没有写红灯不可右转,和没有向右的箭头,那么绿灯这样的情况下可以右转的。
2023-03-23
3条回答
问
导向,转弯左转弯的时候,怎么看信号灯
b04a68604237
直行信号 绿灯 亮起时,,左转弯车辆可以进入 左转弯待转区等待(有的路段没有待转区,不要往前提车,防止被拍照)。当 对向直行灯红灯亮后 2秒,左转弯 箭头灯 绿灯亮起时,就可以左转弯了。有明显 禁止左转弯的 路口 不可以左转弯。。。。没有禁左标志的路口,如果是圆灯(不是直行箭头),可以左转,但要注意避让对面直行的车辆,转弯让直行。
2023-03-23
2条回答
问
交通信号灯转向规则
218fafa76755
交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行,绿灯表示准许通行,黄灯表示警示。交通信号灯分为:机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、方向指示指示灯(箭头信号灯)、车道信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。信号灯规则:第一条 为加强城市交通管理,便利交通运输,维护交通安全,以适应国家经济建设的需要,制定本规则。第二条 机关、军队、团体、企业、学校的人员、车辆驾驶员、市民以及临时来往城市的一切人员,都必须遵守本规则并听从交通民警的指挥。第三条 机关、军队、团体、企业、学校等部门的车辆管理人员和乘车人员,不准迫使、纵容驾驶人员违犯本规则。第四条 遇到本规则没有规定的情况,车辆、行人必须在不妨碍交通安全的原则下通行。第五条 驾驶车辆,赶、骑牲畜,都必须在道路的右边行进。第六条 没有经过当地公安局的同意,不准占用人行道、车行道或进行其他妨碍交通的活动。第七条 铁道与街道交叉的路口,必须安装护栏等安全设施。
2023-03-23
1条回答
问
如何操作左前转向信号灯测试
251f6fe68815
ON一位置,指令左前转向信号灯测试。左前转向信号灯复示灯应点亮/熄灭。在发动机运行的情况下,按下后窗除雾器开关。确i器接通并且后窗已变热;确认左侧和右侧车外后视镜玻故障排除:① 将点火开关置于OFF位置,断开相应的车外后视连接器。② 等待lmin,测试搭铁电路端子G和搭铁之间的电于10仏如果大于规定范围,测试搭铁电路是否开路/电阻过③ 在加热器元件控制电路相应端子和搭铁之间连试灯。④ 在发动机运行的情况下,用后除雾器开关执行后接通和关闭。在指令状态之间切换时,测试灯应点亮和熄如果测试灯始终点亮,测试控制电路是否对电压短路如果测试灯始终燫灭,测试控制电路是否对搭铁短电阻过大。⑤ 如果所有电路测试都正常,测试或更换车外后视自动明暗调节后视镜出现故障怎么办?诊断帮助:车内后视镜使用两个光电传感器。一个是传感器,位于后视镜的镜面侧,朝向车辆的后侧。后侧光用来确定后视镜镜面的光照情况。另一个是前侧光照传感后视镜的背面,朝向车辆的前侧。前侧光照传感器用来*侧的外部光照情况。前光照传感器检测到外部光照较弱或感器检测到光照较强时,车内后视镜将自动使车内后I变暗。当换挡杆挂倒挡(R)时,倒车灯控制电压会作为输车内后视镜。后视镜监测此输人以停用自动明暗调节功能侧光照传感器的状态如何,都可使驾驶员在倒车时能清楚i镜上看到物体。 http://www.pinwow.com/article/article-289.html
2023-03-23
1条回答
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