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4~20mA的传感器信号调理解决方案

深度解析

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。

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。


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2006-10-30
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