變送器相關技術知(zhī)識
日期：2017-12-08 來源：儀表網站 操作：返回列表
二線制傳輸方式中(zhōng)，供電(diàn)電(diàn)源、負載電(diàn)阻、變送器是串聯的，即二根導線同時傳送變送器所需的電(diàn)源和輸出電(diàn)流信号，目前大(dà)多數變送器均爲二線制變送器；四線制方式中(zhōng)，供電(diàn)電(diàn)源、負載電(diàn)阻是分(fēn)别與變送器相連的，即供電(diàn)電(diàn)源和變送器輸出信号分(fēn)别用二根導線傳輸。
一(yī)．什麽是兩線制電(diàn)流變送器
兩線制是指現場變送器與控制室儀表聯系僅用兩根導線，這兩根線既是電(diàn)源線，又(yòu)是信号線。兩線制與三線制（一(yī)根正電(diàn)源線，兩根信号線,其中(zhōng)一(yī)根共GND）和四線制（兩根正負電(diàn)源線，兩根信号線,其中(zhōng)一(yī)根GND）相比，兩線制的優點是：1、不易受寄生(shēng)熱電(diàn)偶和沿電(diàn)線電(diàn)阻壓降和溫漂的影響，可用非常便宜的更細的導線；可節省大(dà)量電(diàn)纜線和安裝費(fèi)用；
2、在電(diàn)流源輸出電(diàn)阻足夠大(dà)時，經磁場耦合感應到導線環路内的電(diàn)壓，不會産生(shēng)顯著影響，因爲幹擾源引起的電(diàn)流極小(xiǎo)，一(yī)般利用雙絞線就能降低幹擾；兩線制與三線制必須用屏蔽線,屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。
3、電(diàn)容性幹擾會導緻接收器電(diàn)阻有關誤差，對于4～20mA兩線制環路，接收器電(diàn)阻通常爲250Ω（取樣Uout=1～5V）這個電(diàn)阻小(xiǎo)到不足以産生(shēng)顯著誤差，因此，可以允許的電(diàn)線長度比電(diàn)壓遙測系統更長更遠；
4、各個單台示讀裝置或記錄裝置可以在電(diàn)線長度不等的不同通道間進行換接，不因電(diàn)線長度的不等而造成精度的差異，實現分(fēn)散采集，分(fēn)散式采集的好處就是：分(fēn)散采集，集中(zhōng)控制....
5、将4mA用于零電(diàn)平，使判斷開(kāi)路與短路或傳感器損壞（0mA狀态）十分(fēn)方便。
6,在兩線輸出口非常容易增設一(yī)兩隻防雷防浪湧器件,有利于安全防雷防爆。
三線制和四線制變送器均不具上述優點即将被兩線制變送器所取代，從國外(wài)的行業動态及變送器心片供求量即可略知(zhī)一(yī)斑，電(diàn)流變送器在使用時要安裝在現場設備的動力線上，而以單片機爲核心的監測系統則位于較遠離(lí)設備現場的監控室裏，兩者一(yī)般相距幾十到幾百米甚至更遠。設備現場的環境較爲惡劣，強電(diàn)信号會産生(shēng)各種電(diàn)磁幹擾，雷電(diàn)感應會産生(shēng)強浪湧脈沖，在這種情況下(xià)，單片機應用系統中(zhōng)遇到的一(yī)個棘手問題就是如何在惡劣環境下(xià)遠距離(lí)可靠地傳送微小(xiǎo)信号。
兩線制變送器件的出現使這個問題得到了較好地解決。我(wǒ)們以DH4-20變送模塊爲核心設計了小(xiǎo)型、價廉的穿孔型兩線制電(diàn)流變送器。它具有低失調電(diàn)壓（＜30μV）、低電(diàn)壓漂移（＜0.7μV/C°）、超低非線性度（＜0.01%）的特點。它把現場設備動力線的電(diàn)流隔離(lí)轉換成4～20mA的按線性比例變化的标準電(diàn)流信号輸出，然後通過一(yī)對雙絞線送到監測系統的輸入接口上，雙絞線同時也将位于監測系統的24V工(gōng)作電(diàn)源送到電(diàn)流變送器中(zhōng)。測量信号和電(diàn)源在雙絞線上同時傳送，既省去(qù)了昂貴的傳輸電(diàn)纜，而且信号是以電(diàn)流的形式傳輸，抗幹擾能力得到極大(dà)的加強。
二.電(diàn)流變送器的4-20mA輸出如何轉換
兩線制電(diàn)流變送器的輸出爲4～20mA，通過250Ω的精密電(diàn)阻轉換成1～5V或2-10V的模拟電(diàn)壓信号.轉換成數字信号有多種方法，如果系統是在環境較爲惡劣的工(gōng)業現場長期使用，因此需考慮硬件系統工(gōng)作的安全性和可靠性。系統的輸入模塊采用壓頻(pín)轉換器件LM２31将模拟電(diàn)壓信号轉換成頻(pín)率信号，用光電(diàn)耦合器件TL117進行模拟量與數字量的隔離(lí)。同時模拟信号處理電(diàn)路與數字信号處理電(diàn)路分(fēn)别使用兩組獨立的電(diàn)源，模拟地與數字地相互分(fēn)開(kāi)，這樣可提高系統工(gōng)作的安全性。利用壓頻(pín)轉換器件LM231也有一(yī)定的抗高頻(pín)幹擾的作用。
三.電(diàn)流輸出型與電(diàn)壓輸出型有哪些優劣比較
在單片機控制的許多應用場合,都要使用變送器來将單片機不能直接測量的信号轉換成單片機可以處理的電(diàn)模拟信号，如電(diàn)流變送器,壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。早期的變送器大(dà)多爲電(diàn)壓輸出型，即将測量信号轉換爲0-5V電(diàn)壓輸出，這是運放(fàng)直接輸出,信号功率<0.05W,通過模拟/數字轉換電(diàn)路轉換數字信号供單片機讀取、控制。但在信号需要遠距離(lí)傳輸或使用環境中(zhōng)電(diàn)網幹擾較大(dà)的場合，電(diàn)壓輸出型傳感器的使用受到了極大(dà)限制，暴露了抗幹擾能力較差,線路損耗破壞了精度等等等缺點，而兩線制電(diàn)流輸出型變送器以其具有極高的抗幹擾能力得到了廣泛應用。
電(diàn)壓輸出型變送器抗幹擾能力極差，線路損耗的破壞,談不上精度有多高,有時輸出的直流電(diàn)壓上還疊加有交流成分(fēn)，使單片機産生(shēng)誤判斷，控制出現錯誤，嚴重時還會損壞設備，輸出０－５Ｖ絕對不能遠傳，遠傳後線路壓降大(dà)，精确度大(dà)打折扣。現在很多的ADC,PLC,DCS的輸入信号端口都作成兩線制電(diàn)流輸出型變送器4-20mA的,證明了電(diàn)壓輸出型變送器被淘汰的必然趨勢。
四.4～20mA電(diàn)流輸出型到接口一(yī)般有哪些處理方法
電(diàn)流輸出型變送器的輸出範圍常用的有0～20mA及4～20mA兩種，電(diàn)流變送器輸出最小(xiǎo)電(diàn)流及最大(dà)電(diàn)流時，分(fēn)别代表電(diàn)流變送器所标定的最小(xiǎo)及最大(dà)額定輸出值。下(xià)面以測量範圍爲以0～１００Ａ的電(diàn)流變送器爲例進行叙述。對于輸出0～20mA的變送器0mA電(diàn)流對應輸入０Ａ值，輸出4～20mA的變送器4mA電(diàn)流對應輸入0Ａ值，兩類傳感器的20mA電(diàn)流都對應１００Ａ值。
對于輸出0～20mA的變送器，在電(diàn)路設計上我(wǒ)們隻需選擇合适的降壓電(diàn)阻，在A/D轉換器輸入接口直接将電(diàn)阻上的０－５Ｖ或０－１０Ｖ電(diàn)壓轉換爲數字信号即可，電(diàn)路調試及數據處理都比較簡單。但劣勢是無法判别變送器的損壞,無法辨别變送器輸出開(kāi)路和短路。
對于輸出4～20mA的變送器，電(diàn)路調試及數據處理上都比較煩瑣。但這種變送器能夠在變送器線路不通時,短路時或損壞時通過能否檢測到正常範圍内的電(diàn)流（正常時最小(xiǎo)值也有4mA），來判斷電(diàn)路是否出現故障，變送器是否損壞,因此得到更爲廣泛普遍的使用。
由于4～20mA變送器輸出4mA時，在取樣電(diàn)阻上的電(diàn)壓不等于0，直接經模拟數字轉換電(diàn)路轉換後的數字量也不爲0，單片機無法直接利用，通過公式計算過于複雜(zá)。因此一(yī)般的處理方法是通過硬件電(diàn)路将4mA在取樣電(diàn)阻上産生(shēng)的電(diàn)壓降消除，再進行A/D轉換。這類硬件電(diàn)路首推RCV420,是一(yī)種精密的I/V轉換電(diàn)路,
還有應用LM258自搭的I/V轉換電(diàn)路,這個電(diàn)路由兩線制電(diàn)流變送器産生(shēng)的4～20mA電(diàn)流與24V以及取樣電(diàn)阻形成電(diàn)流回路，從而在取樣電(diàn)阻上産生(shēng)一(yī)個1-5V壓降，并将此電(diàn)壓值輸入到放(fàng)大(dà)器LM258的3腳。電(diàn)阻分(fēn)壓電(diàn)路用來在集成電(diàn)路LM258的2腳産生(shēng)一(yī)個固定的電(diàn)壓值，用于抵消在取樣電(diàn)阻上4mA電(diàn)流産生(shēng)的壓降。所以當兩線制電(diàn)流變送器爲最小(xiǎo)值4mA時，LM258的3腳與2腳電(diàn)壓差基本爲0V。LM258與其相連接的電(diàn)阻構成可調整電(diàn)壓放(fàng)大(dà)電(diàn)路，将兩線制電(diàn)流變送器電(diàn)流在取樣電(diàn)阻上的電(diàn)壓值進行放(fàng)大(dà)并通過LM258的1腳輸出至模拟/數字轉換電(diàn)路，供單片機CPU讀入，通過數據處理方法将兩線制電(diàn)流變送器的4-20mA電(diàn)流在LCD/LED屏幕上以0-100A值的形式顯示出來。（圖2）
五.什麽是兩線制電(diàn)流變送器的6大(dà)全面保護功能：
（1）、輸入過載保護；（2）、輸出過流限制保護；
（3）、輸出電(diàn)流長時間短路保護；
（4）、兩線制端口瞬态感應雷與浪湧電(diàn)流TVS抑制保護；
（5）、工(gōng)作電(diàn)源過壓極限保護≤35V；
（6）、工(gōng)作電(diàn)源反接保護。
六.怎樣辨别真假優劣的電(diàn)流電(diàn)壓變送器
生(shēng)産資(zī)料市場化以後，加劇激烈的競争，真假優劣難辨，又(yòu)因變送器是邊緣學科，很多工(gōng)程設計人員(yuán)對此較陌生(shēng)，有些廠家産品工(gōng)業級别和民用商(shāng)用級别指标混淆（工(gōng)業級的價格是民用商(shāng)用級的2-3倍）有些廠家産品用幾角錢的LM324和LM431就可以做出一(yī)隻變送器，不信的話(huà)您打開(kāi)看看，你幾百元買來的是不是用的LM324和LM431，這樣的變送器送您，您敢不敢用呵！筆者試以常用的0.5級精度的電(diàn)流電(diàn)壓變送器爲例，從以下(xià)方法着手來辨别真假優劣。
（1）基準要穩,４mA是對應的輸入零位基準，基準不穩，談何精度線性度，冷開(kāi)機３分(fēn)锺内４mA的零位漂移變化不超過4.000mA0.5%以内;（即3.98-4.02mA）,負載250Ω上的壓降爲0.995-1.005V，國外(wài)IC心片多用昂貴的能隙基準，溫漂系數每度變化10ppm；
（2）内電(diàn)路總計消耗電(diàn)流<4mA,加整定後等于4.000mA,而且有源整流濾波放(fàng)大(dà)恒流電(diàn)路不因原邊輸入變化而消耗電(diàn)流也随之變化，國外(wài)IC心片采用恒流供電(diàn)；
（3）當工(gōng)作電(diàn)壓24.000V時,滿量程20.000mA時,滿量程20.000mA的讀數不會因負載0-700Ω變化而變化;變化不超過20.000mA0.5%以内；
（4）當滿量程20.000mA時,負載250Ω時,滿量程20.000mA的讀數不會因工(gōng)作電(diàn)壓15.000V-30.000V變化而變化;變化不超過20.000mA0.5%以内；
（5）當原邊過載時，輸出電(diàn)流不超過25.000mA+10%以内，否則PLC/DCS内供變送器用的24V工(gōng)作電(diàn)源和A/D輸入箝位電(diàn)路因功耗過大(dà)而損壞，另外(wài)變送器内的射随輸出亦因功耗過大(dà)而損壞，無A/D輸入箝位電(diàn)路的更遭殃；
（6）當工(gōng)作電(diàn)壓24V接反時不得損壞變送器,必須有極性保護;
（7）當兩線之間因感應雷及感應浪湧電(diàn)壓超過24V時要箝位,不得損壞變送器；一(yī)般在兩線之間并聯1-2隻TVS瞬态保護二極管1.5KE可抑制每20秒間隔一(yī)次的20毫秒脈寬的正反脈沖的沖擊,瞬态承受沖擊功率1.5KW-3KW;
（8）産品标示的線性度0.5％是絕對誤差還是相對誤差,可以按以下(xià)方法來辨别方可一(yī)目了然:符合下(xià)述指标是真的線性度0.5％.
原邊輸入爲零時輸出４mＡ正負0.5%（3.98-4.02mA）,負載250Ω上的壓降爲0.995-1.005V
原邊輸入10％時輸出5.6mＡ正負0.5%（5.572-5.628mA）負載250歐姆上的壓降爲1.393-1.407V
原邊輸入25％時輸出8mＡ正負0.5%（7.96-8.04mA）負載250Ω上的壓降爲1.990-2.010V
原邊輸入50％時輸出12mＡ正負0.5%（11.94-12.06mA）負載250Ω上的壓降爲2.985-3.015V
原邊輸入75％時輸出16mＡ正負0.5%（15.92-16.08mA）負載250Ω上的壓降爲3.980-4.020V
原邊輸100％時輸出20mＡ正負0.5%（19.90-20.10mA）負載250Ω上的壓降爲4.975-5.025V
（9）原邊輸入過載時必須限流:原邊輸入過載大(dà)于125%時輸出過流限制25mＡ+10%（25.00-27.50mA）負載250Ω上的壓降爲6.250-6.875V；
（10）感應浪湧電(diàn)壓超過24V時有無箝位的辨别:在兩線輸出端口并一(yī)個交流50V指針式表頭,用交流50V接兩根線去(qù)瞬間碰一(yī)下(xià)兩線輸出端口,看有無箝位,箝位多少伏可一(yī)目了然啦;
（11）有無極性保護的辨别:用指針式萬用表Ω乘10K檔正反測量兩線輸出端口,總有一(yī)次Ω阻值無限大(dà),就有極性保護；
（12）有無極輸出電(diàn)流長時間短路保護：原邊輸入100％時或過載大(dà)于125%-200%時，将負載250Ω短路，測量短路保護限制是否在25mＡ+10%；
（13）工(gōng)業級别和民用商(shāng)用級别的辨别:工(gōng)業級别工(gōng)作溫度範圍是-25度到＋７０度，溫漂系數是每度變化１００ppm,即溫度每度變化１度,精度變化爲萬分(fēn)之一(yī)；民用商(shāng)用級别工(gōng)作溫度範圍是０度（或-10度）到＋７０度（或+50度）,溫漂系數是每度變化25０ppm,即溫度每度變化１度,精度變化爲萬分(fēn)之二點五；電(diàn)流電(diàn)壓變送器的溫漂系數可以用恒溫箱或高低溫箱來試驗驗證較繁瑣。
上述13種方法同樣可用與其它變送器真假優劣的辨别。
