帶顯示變送器原理
業(yè)上普遍需要測(cè)量各類(lèi)電量與非電物理量，例如電流(AD)、電壓(VD)、功率(WD)、頻率(FD)、溫度(TT)、重量(LD)、位置(PT)、壓力、轉(zhuǎn)速(RT)、角度等，都需要轉(zhuǎn)換成可接收的直流模擬量電信號(hào)才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上。這種將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成可傳輸直流電信號(hào)的設(shè)備稱(chēng)為變送器。工業(yè)上通常分為電量變送器(常見(jiàn)型號(hào)如：GP/FP系列、S3/N3系列、STM3系列等)和非電量變送器。
變送器的傳統(tǒng)輸出直流電信號(hào)有0-5V、0-10V、1-5V、0-20mA、4-20mA等，目前廣泛采用的是用4~20mA電流來(lái)傳輸模擬量。工業(yè)上廣泛采用的是用4~20mA電流來(lái)傳輸模擬量。
采用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無(wú)窮大，導(dǎo)線(xiàn)電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線(xiàn)上可以傳輸數(shù)百米。上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測(cè)斷線(xiàn)：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線(xiàn)因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線(xiàn)報(bào)警值。
電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。典型的是變送器需要兩根電源線(xiàn)，加上兩根電流輸出線(xiàn)，總共要接4根線(xiàn)，稱(chēng)之為四線(xiàn)制變送器。當(dāng)然，電流輸出可以與電源公用一根線(xiàn)(公用VCC或者GND)，可節(jié)省一根線(xiàn)，稱(chēng)之為三線(xiàn)制變送器。
其實(shí)大家可能注意到， 4-20mA電流本身就可以為變送器供電，如圖1C所示。變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4~20mA之間根據(jù)傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線(xiàn)，因而被稱(chēng)為兩線(xiàn)制變送器。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電。這使得兩線(xiàn)制傳感器的設(shè)計(jì)成為可能。
在工業(yè)應(yīng)用中，測(cè)量點(diǎn)一般在現(xiàn)場(chǎng)，而顯示設(shè)備或者控制設(shè)備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數(shù)十至數(shù)百米。按一百米距離計(jì)算，省去2根導(dǎo)線(xiàn)意味著成本降低近百元！因此在實(shí)際使用中兩線(xiàn)制傳感器得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
生產(chǎn)資料市場(chǎng)化以后，加劇激烈的競(jìng)爭(zhēng)，真假優(yōu)劣難辨，又因變送器是邊緣學(xué)科，很多工程設(shè)計(jì)人員對(duì)此較陌生，有些廠家產(chǎn)品工業(yè)級(jí)別和民用商用級(jí)別指標(biāo)混淆(工業(yè)級(jí)的價(jià)格是民用商用級(jí)的2-3倍)。
筆者試以常用的0.5級(jí)精度的電流電壓變送器為例，從以下方法著手來(lái)辨別真假優(yōu)劣。
(1)基準(zhǔn)要穩(wěn),4mA是對(duì)應(yīng)的輸入零位基準(zhǔn)，基準(zhǔn)不穩(wěn)，談何精度線(xiàn)性度，冷開(kāi)機(jī)3分鍾內(nèi)4mA的零位漂移變化不超過(guò)4.000mA0.5%以?xún)?nèi);(即3.98-4.02mA),負(fù)載250Ω上的壓降為0.995-1.005V，國(guó)外IC心片多用昂貴的能隙基準(zhǔn)，溫漂系數(shù)每度變化10ppm；
(2)內(nèi)電路總計(jì)消耗電流<4mA,加整定后等于4.000mA,而且有源整流濾波放大恒流電路不因原邊輸入變化而消耗電流也隨之變化，國(guó)外IC心片采用恒流供電；
(3)當(dāng)工作電壓24.000V時(shí),滿(mǎn)量程20.000mA時(shí),滿(mǎn)量程20.000mA的讀數(shù)不會(huì)因負(fù)載0-700Ω變化而變化;變化不超過(guò)20.000mA0.5%以?xún)?nèi)；
(4)當(dāng)滿(mǎn)量程20.000mA時(shí),負(fù)載250Ω時(shí),滿(mǎn)量程20.000mA的讀數(shù)不會(huì)因工作電壓15.000V-30.000V變化而變化;變化不超過(guò)20.000mA0.5%以?xún)?nèi)；
(5)當(dāng)原邊過(guò)載時(shí)，輸出電流不超過(guò)25.000mA+10%以?xún)?nèi)，否則PLC/DCS內(nèi)供變送器用的24V工作電源和A/D輸入箝位電路因功耗過(guò)大而損壞，另外變送器內(nèi)的設(shè)備隨輸出功耗過(guò)大而損壞，無(wú)A/D輸入箝位電路的更遭殃；
(6)當(dāng)工作電壓24V接反時(shí)不得損壞變送器,必須有極性保護(hù);
(7)當(dāng)兩線(xiàn)之間因感應(yīng)雷及感應(yīng)浪涌電壓超過(guò)24V時(shí)要箝位,不得損壞變送器；一般在兩線(xiàn)之間并聯(lián)1-2只TVS瞬態(tài)保護(hù)二極管 1.5KE可抑制每20秒間隔一次的20毫秒脈寬的正反脈沖的沖擊,瞬態(tài)承受沖擊功率1.5KW-3KW;
