三.電流輸出型與電壓輸出型有哪些優(yōu)劣比較?
在單片機(jī)控制的許多應(yīng)用場合,都要使用變送器來將單片機(jī)不能直接測量的信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的電模擬信號,如電流變送器,壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。
早期的變送器大多為電壓輸出型,即將測量信號轉(zhuǎn)換為0-5V電壓輸出,這是運放直接輸出, 信號功率<0.05W,通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換數(shù)字信號供單片機(jī)讀取、控制。但在信號需要遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場合,電壓輸出型傳感器的使用受到了限制,暴露了抗干擾能力較差,線路損耗破壞了精度等等等缺點,而兩線制電流輸出型變送器以其具有抗干擾能力得到了廣泛應(yīng)用。
電壓輸出型變送器抗干擾能力差,線路損耗的破壞,談不上精度有多高,有時輸出的直流電壓上還疊加有交流成分,使單片機(jī)產(chǎn)生誤判斷,控制出現(xiàn)錯誤,嚴(yán)重時還會損壞設(shè)備,輸出0-5V不能遠(yuǎn)傳,遠(yuǎn)傳后線路壓降大,精確度大打折扣?,F(xiàn)在很多的ADC,PLC,DCS的輸入信號端口都作成兩線制電流輸出型變送器4-20mA的,證明了電壓輸出型變送器被淘汰的必然趨勢。
四.4~20mA電流輸出型到接口一般有哪些處理方法?
電流輸出型變送器的輸出范圍常用的有0~20mA及4~20mA兩種,電流變送器輸出*小電流及*大電流時,分別代表電流變送器所標(biāo)定的*小及*大額定輸出值。
下面以測量范圍為以0~100A的電流變送器為例進(jìn)行敘述。對于輸出0~20mA的變送器0mA電流對應(yīng)輸入OA值,輸出4~20mA的變送器4mA電流對應(yīng)輸入0A值,兩類傳感器的20mA電流都對應(yīng)100A值。
對于輸出0~20mA的變送器,在電路設(shè)計上我們只需選擇合適的降壓電阻,在A/D轉(zhuǎn)換器輸入接口直接將電阻上的0-5V或0-10V電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號即可,電路調(diào)試及數(shù)據(jù)處理都比較簡單。但劣勢是無法判別變送器的損壞,無法辨別變送器輸出開路和短路。
對于輸出4~20mA的變送器,電路調(diào)試及數(shù)據(jù)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范圍內(nèi)的電流(正常時*小值也有4mA),來判斷電路是否出現(xiàn)故障,變送器是否損壞,因此得到更為廣泛普遍的使用。
由于4~20mA變送器輸出4mA時,在取樣電阻上的電壓不等于0,直接經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量也不為0,單片機(jī)無法直接利用,通過公式計算過于復(fù)雜。因此一般的處理方法是通過硬件電路將4mA在取樣電阻上產(chǎn)生的電壓降消除,再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。這類硬件電路首推RCV420,是一種精密的I/V轉(zhuǎn)換電路,
還有應(yīng)用LM258自搭的I/V轉(zhuǎn)換電路,這個電路由兩線制電流變送器產(chǎn)生的4~20mA電流與24V以及取樣電阻形成電流回路,從而在取樣電阻上產(chǎn)生一個1-5V壓降,并將此電壓值輸入到放大器LM258的3腳。電阻分壓電路用來在集成電路LM258的2腳產(chǎn)生一個固定的電壓值,用于抵消在取樣電阻上4mA電流產(chǎn)生的壓降。所以當(dāng)兩線制電流變送器為*小值4mA時,LM258的3腳與2腳電壓差基本為0V。LM258與其相連接的電阻構(gòu)成可調(diào)整電壓放大電路,將兩線制電流變送器電流在取樣電阻上的電壓值進(jìn)行放大并通過LM258的1腳輸出至模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路,供單片機(jī)CPU讀入,通過數(shù)據(jù)處理方法將兩線制電流變送器的4-20mA電流在LCD/LED屏幕上以0-100A值的形式顯示出來。