电流输出型与电压输出型比较

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。

4～20mA电流输出型接口处理方法

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0～100A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0A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100A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0－10V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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