面對0-5V、0-10V、4-20mA模擬量信號如何來選擇？
2017-5-2 22:28:03??????點(diǎn)擊：
工業(yè)現(xiàn)場通訊中，數(shù)字量傳輸?shù)姆绞轿覀円姷谋容^多，諸如RS232、RS485、CAN總線等大家都非常熟悉了，詳見“什么是RS232、RS485通訊”。而普遍需要測量的各類非電物理量，例如溫度、壓力、流量等，這些都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上，那么，我們面對0-5V、0-10V、4-20mA等常用的模擬量信號，采用用什么方式來傳輸模擬信號呢?目前最廣泛采用的是用4-20mA電流來傳輸模擬量。
1、為何采用電流信號
提到模擬量信號，我們一般都會想到0-5V、0-10V、4-20mA，那么到底采用哪一種呢，具體的當(dāng)然要看所提供的輸入輸出量是什么類型的，若是設(shè)計(jì)人員，那就盡量選擇4-20mA，因?yàn)殡娏餍盘杺鬏斂垢蓴_性能優(yōu)于電壓信號。
因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場的噪聲電壓的幅度可能達(dá)到數(shù)伏，但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于nA級別，因此給4－20mA傳輸帶來的誤差非常?。辉谀承?qiáng)干擾場合，如采用直流電源的試驗(yàn)場地，通過線纜耦合的噪聲電壓幅值可能達(dá)到十伏以上甚至幾十伏，此時(shí)采用電壓傳輸模擬量已經(jīng)被噪聲電壓完全污染了。
電流源內(nèi)阻趨于無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度(如采用電壓源信號遠(yuǎn)傳，由于線路電阻與接收儀表輸入電阻分壓，將產(chǎn)生較大誤差)，因此在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。
2、信號最大電流選擇20mA的原因
20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。如30V電壓30mA電流所引起的火花是可以點(diǎn)燃危險(xiǎn)氣體的平均下限，為了保險(xiǎn)起見，同時(shí)參照其它傳統(tǒng)設(shè)定，所以將許多儀表定位24V供電，同時(shí)限定電流小于30mA，為了留有余地，信號上限定為20mA。
最大電流20mA的選擇也是基于安全、使用、功耗、成本的考慮。安全火花儀表只能采用低電壓、低電流，綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場儀表之間的連接距離，所帶負(fù)載等因素，還有就是功耗及成本問題，對電子元器件的要求，供電功率的要求等因素，最后由國際電工委員會(IEC)確定4-20mA信號為過程控制系統(tǒng)用模擬信號標(biāo)準(zhǔn)。
3、信號起點(diǎn)電流選擇4mA的原因
為了能檢測斷線：正常工作時(shí)不會低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。為了區(qū)分沒有信號和信號為零，信號的起始值(信號零位值)不能為零(電氣值)。
另外，兩線制儀表在信號值為零時(shí)仍需要一定的能量供應(yīng)，在24V供電條件下，4mA電流提供的能量，是當(dāng)時(shí)制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，大部分儀表生產(chǎn)商能接受的能量供應(yīng)下限。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此在量程范圍內(nèi)，變送器通常只有24V，4mA供電(因此，在輕負(fù)載條件下高效率的DC/DC電源(TPS54331,TPS54160)，低功耗的傳感器和信號鏈產(chǎn)品、以及低功耗的處理器(如MSP430)對于兩線制的4-20mA收發(fā)非常重要)。這使得兩線制傳感器的設(shè)計(jì)成為可能而又富有挑戰(zhàn)。
4-20mA電流作用在250歐姆電阻上，正好符合標(biāo)準(zhǔn)信號的電壓標(biāo)準(zhǔn)1-5V。
一般需要設(shè)計(jì)一個(gè)VI轉(zhuǎn)換器，輸入0-3.3v，輸出4mA-20mA，可采用運(yùn)放LM358，供電+12v。
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