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一. 兩線制是指現(xiàn)場(chǎng)變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根導(dǎo)線,這兩根線即是電源線,又 是信號(hào)線。兩線制與三線制 (一根正電源線,兩根信號(hào)線,其中一根共GND) 和四線制(兩根正負(fù)電源線,兩根信號(hào)線,其中一根GND)相比,兩線制的優(yōu)點(diǎn)是:
1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響,可用非常便宜的更細(xì)的導(dǎo)線;可節(jié)省大量電纜線和安裝費(fèi)用;
2、在電流源輸出電阻足夠大時(shí),經(jīng)磁場(chǎng)耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓,不會(huì)產(chǎn)生顯著影響,因?yàn)楦蓴_源引起的電流極小,一般利用雙絞線就能降低干擾;
3、電容性干擾會(huì)導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差,對(duì)于4-20mA兩線制環(huán)路,接收器電阻通常為250Ω(取樣Uout=1-5V)這個(gè)電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差,因此,可以允許的電線長(zhǎng)度比電壓遙測(cè)系統(tǒng)更長(zhǎng)更遠(yuǎn);
4、各個(gè)單臺(tái)示讀裝置或記錄裝置可以在電線長(zhǎng)度不等的不同通道間進(jìn)行換接,不因電線長(zhǎng)度的不等造成精度的差異;
5、將4mA用于零電平,使判斷開(kāi)路或傳感器損壞(0mA狀態(tài))十分方便。
6,在兩線輸出口容易增設(shè)防浪涌,防雷器件,有利于安全防爆。
兩線制電流變送器在使用時(shí)要安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)力線上,而以單片機(jī)為核心的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則位于較遠(yuǎn)離設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控室里,兩者一般相距幾百米甚至更遠(yuǎn)。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境較為惡劣,強(qiáng)電信號(hào)會(huì)產(chǎn)生各種電磁干擾,在這種情況下,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中遇到的一個(gè)棘手問(wèn)題就是如何在惡劣環(huán)境下遠(yuǎn)距離可靠地傳送微小信號(hào)。小信號(hào)兩線制變送器件的出現(xiàn)使這個(gè)問(wèn)題得到了較好地解決。我們以DH4-20變送模塊為核心設(shè)計(jì)了小型、價(jià)廉的兩線制電流變送器。它具有低失調(diào)電壓(<30 μV)、低電壓漂移(<0.7μV/C°)、低非線性度(<0.01%)的特點(diǎn)。它把現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)力線的電流轉(zhuǎn)換成4~20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出,然后通過(guò)一對(duì)雙絞線送到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入接口上,雙絞線同時(shí)也將位于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源送到電流變送器中。測(cè)量信號(hào)和電源在雙絞線上同時(shí)傳送,既省去了昂貴的傳輸電纜,而且信號(hào)是以電流的形式傳輸,抗干擾能力加強(qiáng).
二.電流變送器的4-20mA輸出如何轉(zhuǎn)換?
兩線制電流變送器的輸出為4~20 mA,通過(guò)250 Ω的精密電阻轉(zhuǎn)換成1~5 V的模擬電壓信號(hào).轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)有多種方法,如果系統(tǒng)是在環(huán)境較為惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期使用,因此需考慮硬件系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。系統(tǒng)的輸入模塊采用壓頻轉(zhuǎn)換器件LM331將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào),用光電耦合器件TL117進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的隔離。同時(shí)模擬信號(hào)處理電路與數(shù)字信號(hào)處理電路分別使用兩組獨(dú)立的電源,模擬地與數(shù)字地相互分開(kāi),這樣可提高系統(tǒng)工作的安全性。利用壓頻轉(zhuǎn)換器件也有一定的抗高頻干擾的作用。
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(chǎng)合,都要使用傳感器來(lái)將單片機(jī)不能直接測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的電模擬信號(hào),如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等。
早期的傳感器大多為電壓輸出型,即將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5V壓輸出,通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)讀取、控制。但在信號(hào)需要遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場(chǎng)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等缺點(diǎn),而電流輸出型傳感器以其具有較高的抗干擾能力得到了廣泛應(yīng)用。
電壓輸出型壓力傳感器抗干擾能力差,有時(shí)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(cuò)誤,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞設(shè)備。
四.4~20mA電流輸出型一般又哪些處理方法?
電流輸出型傳感器的輸出范圍常用的有0~20mA及4~20mA兩種,傳感器輸出最小電流及最大電流時(shí),分別代表傳感器所標(biāo)定的最小及最大額定輸出值。如測(cè)壓范圍為以0~35Mpa的輸出壓力傳感器為例進(jìn)行敘述。對(duì)于輸出0~20mA的傳感器0mA電流對(duì)應(yīng)0MPa壓力值,輸出4~20mA的傳感器4mA電流對(duì)應(yīng)0MPa壓力值,兩類(lèi)傳感器的20mA電流都對(duì)應(yīng)35MPa壓力值。
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