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电量变送器电量变送器变送器是一种将被测电量参数(如电流、电压、功率、频率、功率因数等信号)转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。新型变送器国际标准输出的模拟信号电流值为4~20mA两线制的环路在发送数据以及控制那些易于以这一标准接受指令的某些执行器的过程中有广泛的应用。目前在国际上已作为模拟信号中的电流遥测技术唯一标准。在利用两根导线的电流遥测电路中,变送器工作电源与示读装置,包括传感器工作电源和发送导线的任何其它电阻都是相串联在环路内。其优点: 1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响,传输线可用非常便宜的更细的双绞线导线; 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,不会产生显著影响,因为干扰源引起的电流极小,一般利用双绞线就能抵抗降低干扰; 3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差,对于4~20mA两线制环路,接收器电阻通常为250Ω(取样Uout=1~5V)这个电阻小到不足以产生显著误差,因此,可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远; 4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接,不因电线长度的不等造成精度的差异; 5、将4mA用于零电平,使判断开路或传感器损坏(0mA状态)十分方便。 6,在两线输出口容易增设防浪涌和防雷器件,有利于安全防雷防爆。 DH4-20mA电量变送器变送器模块是中科院方舟公司采用意法半导体(ST)ASIC芯片为实现无源交流隔离传感器(互感原理)的两线制电流遥测技术手段而定型生产的单片模块产品。无源交流隔离传感器(互感原理)输入的电流电压信号经整流滤波和I/V转换后输出一个随I1线性变化的直流电压信号U2,U2作为浮地控制信号去控制该模块输出4~20mA的标准化电流环路,该模块实现了无源交流隔离传感器信号变换为两根连接线路发送的呈线性比例的环路电流,接受器通过测量已知电阻RL两端的压降对环路电流进行检测。 电流互感器在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流(我国规定电流互感器的二次额定为5A),另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用,电流互感器就是升压(降流)变压器.它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器,电流互感器将高电流按比例转换成低电流,电流互感器一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表、继电保护等。 1次侧只有1到几匝,导线截面积大,串入被测电路。2次侧匝数多,导线细,与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电流线圈)构成闭路。 电流互感器的运行情况相当于2次侧短路的变压器,一般选择很低的磁密(0.08-0.1T),并忽略励磁电流,则I1/I2=N2/N1=k。 电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比,叫实际电流比 励磁电流是误差的主要根源。0.2/0.5/1/3,1表示变比误差不超过1%。 中国变压器网http://www.51byq.com/是中国最大的变压器行业产业门户网站!免费查看电力变压器,电子变压器,特种变压器,试验变压器,电炉变压器,电抗器,组合式变压器,互感器,电抗器,调压器等变压器整个产业信息! 中国变压器网http://www.51byq.com/以做中国变压器最全最新最及时的变压器交易平台为己任!中国变压器网http://www.51byq.com/欢迎您! -------------------------------------------------------------------------------- 电流互感器铭牌标志 电流互感器型号由以下几部分组成,各部分字母、符号表示内容: 第一个字母:L——电流互感器。 第二个字母:F——风压式;M——母线式(穿芯式)。 第三个字母:C——瓷绝缘式;Z——浇注式。 第四个字母:B——保护;D——差动。 第一个字母:数字——电压等级(kV)。 例如LMZ—0.66表示用环氧树脂浇注的穿芯式电流互感器0.66kV。 额定工作电压,互感器允许长期运行的最高相同电压有效值。 额定一次电流,作为互感器性能基准的一次电流值。 额定二次电流,作为互感器性能基准的二次电流值,通常为5A或1A。 额定电流比,额定一次电流与额定二次电流之比。 额定负荷,确定互感器准确级所依据的负荷值。电流互感器二次K1、K2端子以外的回路阻抗都是电流互感器的负荷。通常以视在功率伏安或以阻抗欧姆表示。 额定功率因数,二次额定负荷阻抗的有功部分与额定阻抗之比。 准确度等级,在规定使用条件下,互感器的误差在该等级规定的限值之内电力工程中计量常用的等级有0.2、0.5、0.2S、0.5S等。 -------------------------------------------------------------------------------- 注意事项: 副边绕组必须可靠接地,以防止由于绝缘损坏后,原边高电压传入危及人身安全。 副边绝对不容许开路。开路时互感器成了空载状态,磁通高出额定时许多(1.4-1.8T),除了产生大量铁耗损坏互感器外,还在副边绕组感应出危险的高压,危及人身安全。 电流互感器的接线方式 电流互感器主要有以下四种接线方式: (1)完全星形接线。 (2)两相两继电器不完全星形接线。 (3)两相一继电器电流差接线。 (4)三角形接线。 (5)三相并接以获得零序电流。
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一.什么是两线制电流变送器?
什么是两线制?两线制有什么优点?
两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线,这两根线既是电源线,又是信号线。两线制与三线制(一根正电源线,两根信号线,其中一根共GND) 和四线制(两根正负电源线,两根信号线,其中一根GND)相比,两线制的优点是:
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扰;两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。
3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差,对于4~20mA两线制环路,接收器电阻通常为250Ω(取样Uout=1~5V)这个电阻小到不足以产生显著误差,因此,可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远;
4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接,不因电线长度的不等而造成精度的差异,实现分散采集, 分散式采集的好处就是:分散采集,集中控制....
5、将4mA用于零电平,使判断开路与短路或传感器损坏0mA状态十分方便。
6,在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。
三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代,从国外的行业动态及变送器心片供求量即可略知一斑,电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上,而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里,两者一般相距几十到几百米甚至更远。设备现场的环境较为恶劣,强电信号会产生各种电磁干扰,雷电感应会产生强浪涌脉冲,在这种情况下,单片机应用系统中遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送微小信号。
两线制变送器件的出现使这个问题得到了较好地解决。我们以DH4-20变送模块为核心设计了小型、价廉的穿孔型两线制电流变送器。它具有低失调电压(<30μV)、低电压漂移(<0.7μV/C°)、超低非线性度(<0.01%)的特点。它把现场设备动力线的电流隔离转换成4~20mA的按线性比例变化的标准电流信号输出,然后通过一对双绞线送到监测系统的输入接口上,双绞线同时也将位于监测系统的24V工作电源送到电流变送器中。测量信号和电源在双绞线上同时传送,既省去了昂贵的传输电缆,而且信号是以电流的形式传输,抗干扰能力得到极大的加强。
二.电流变送器的4-20mA输出如何转换?
两线制电流变送器的输出为4~20 mA,通过250 Ω的精密电阻转换成1~5V或2-10V的模拟电压信号.转换成数字信号有多种方法,如果系统是在环境较为恶劣的工业现场长期使用,因此需考虑硬件系统工作的安全性和可靠性。系统的输入模块采用压频转换器件LM231将模拟电压信号转换成频率信号,用光电耦合器件TL117进行模拟量与数字量的隔离。
同时模拟信号处理电路与数字信号处理电路分别使用两组独立的电源,模拟地与数字地相互分开,这样可提高系统工作的安全性。利用压频转换器件LM231也有一定的抗高频干扰的作用。
三.电流输出型与电压输出型有哪些优劣比较?
在单片机控制的许多应用场合,都要使用变送器来将单片机不能直接测量的信号转换成单片机可以处理的电模拟信号,如电流变送器,压力变送器、温度变送器、流量变送器等。
早期的变送器大多为电压输出型,即将测量信号转换为0-5V电压输出,这是运放直接输出,信号功率<0.05W,通过模拟/数字转换电路转换数字信号供单片机读取、控制。但在信号需要远距离传输或使用环境中电网干扰较大的场合,电压输出型传感器的使用受到了极大限制,暴露了抗干扰能力较差,线路损耗破坏了精度等等等缺点,而两线制电流输出型变送器以其具有极高的抗干扰能力得到了广泛应用。
电压输出型变送器抗干扰能力极差,线路损耗的破坏,谈不上精度有多高,有时输出的直流电压上还叠加有交流成分,使单片机产生误判断,控制出现错误,严重时还会损坏设备,输出0'-5V绝对不能远传,远传后线路压降大,精确度大打折扣。现在很多的ADC,PLC,DCS的输入信号端口都作成两线制电流输出型变送器4-20mA的,证明了电压输出型变送器被淘汰的必然趋势。
四.4~20mA电流输出型到接口一般有哪些处理方法?
电流输出型变送器的输出范围常用的有0~20mA及4~20mA两种,电流变送器输出最小电流及最大电流时,分别代表电流变
送器所标定的最小及最大额定输出值。
下面以测量范围为以0~10'0'A的电流变送器为例进行叙述。对于输出0~20mA的变送器0mA电流对应输入0'A值,输出4~20mA的变送器4mA电流对应输入0A值,两类传感器的20mA电流都对应10'0'A值。
对于输出0~20mA的变送器,在电路设计上我们只需选择合适的降压电阻,在A/D转换器输入接口直接将电阻上的0'-5V或0'-10'V电压转换为数字信号即可,电路调试及数据处理都比较简单。但劣势是无法判别变送器的损坏,无法辨别变送器输出开路和短路。
对于输出4~20mA的变送器,电路调试及数据处理上都比较烦琐。但这种变送器能够在变送器线路不通时,短路时或损坏时通过能否检测到正常范围内的电流(正常时最小值也有4mA),来判断电路是否出现故障,变送器是否损坏,因此得到更为广泛普遍的使用。
由于4~20mA变送器输出4mA时,在取样电阻上的电压不等于0,直接经模拟数字转换电路转换后的数字量也不为0,单片机无法直接利用,通过公式计算过于复杂。因此一般的处理方法是通过硬件电路将4mA在取样电阻上产生的电压降消除,再进行A/D转换。这类硬件电路首推RCV420,是一种精密的I/V转换电路,
还有应用LM258自搭的I/V转换电路,这个电路由两线制电流变送器产生的4~20mA电流与24V以及取样电阻形成电流回路,从而在取样电阻上产生一个1-5V压降,并将此电压值输入到放大器LM258的3脚。电阻分压电路用来在集成电路LM258的2脚产生一个固定的电压值,用于抵消在取样电阻上4mA电流产生的压降。所以当两线制电流变送器为最小值4mA时,LM258的3脚与2脚电压差基本为0V。LM258与其相连接的电阻构成可调整电压放大电路,将两线制电流变送器电流在取样电阻上的电压值进行放大并通过LM258的1脚输出至模拟/数字转换电路,供单片机CPU读入,通过数据处理方法将两线制电流变送器的4-20mA电流在LCD/LED屏幕上以0-100A值的形式显示出来。
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