4-20mA电流环路测量分辨率计算变得简单

我估计我们的客户进行的测量中有20-30%来自4-20 mA电流环路传感器和系统。如果您在阅读第一句话后画了一个空白，经常出现的一个问题是，在测量4-20 mA电流环路时，如何计算应用工程单位的测量分辨率。在这篇文章中，我将向您展示如何使用具有4-20 mA输出的假设0-1，000 psi称重传感器通过四个简单的步骤进行此计算。

步骤 1 – 4-20 mA 电流环路是任何其他名称的“伏特”

许多人惊讶地发现，测量电流的设备不能进行直接测量。相反，电流始终是一种间接测量，它产生与施加电流成比例的电压输出。在4-20 mA电流环路应用中，这几乎总是通过施加与电流环路串联的已知电阻的分流电阻，然后使用数据记录器或数据采集系统等电压测量设备测量其两端的电压来实现。典型的分流电阻值（以及我将在我们的示例中使用的那个）是 250 欧姆，因为它会产生一个很好的圆形压降，1 V （4 mA） 和 5 V （20 mA 施加电流）。

因此，步骤1是简单地应用欧姆定律（V=IR）来确定分流电阻两端的压降。在我们的示例中，V=（0.004）（250）=1 和 V=（0.020）（250）=5。

第 2 步 – 计算消耗的测量范围

我们知道，4-20 mA 电流测量将产生跨度为 4 伏 （5-1） 的电压测量。现在我们需要计算这个跨度消耗了多少百分比，占我们用来制造它的设备的总测量范围的百分比。假设我们使用DI-149数据采集入门套件进行测量，其固定测量范围为±10 VFS（伏特满量程），或总测量范围为20 V。我们的 4-20 mA 电流环路测量消耗的百分比很容易计算为 4/20=20%。

第 3 步 – 计算应用的 ADC 计数

当然，对于任何数字数据采集或数据记录器系统，我们最终都会谈论模数转换计数或分辨率。查看 DI-149 数据采集入门套件的规格，我们发现该仪器具有 10 位分辨率，或总共 1024 个 ADC 计数 （2^10）。因此，我们应用于4-20 mA电流环路应用的计数数是步骤2中计算的百分比乘以总ADC计数：（20%）（1024）= 本例中的204计数。

步骤 4 – 以应用工程单位计算测量分辨率

因此，我们的4-20 mA电流环路测量总共可以应用204个ADC计数，并且回想一下，我们的传感器的测量范围为0-1000 psi。因此，我们以测量单位为单位的分辨率为 1000/204，或大约 5 psi 是我们用测量系统检测到的最小负载变化。

为了减小该值（以获得更高的分辨率），我们需要缩小仪器的测量范围，提高其分辨率，或两者兼而有之。例如，如果我们将假设的测量应用于DI-155数据采集入门套件，我们将能够将4-20 mA电流环路测量的4 V范围应用于±5 VFS测量范围，并将13位ADC精度应用于测量。这种组合产生 0.30 psi 的测量分辨率。

审核编辑：郭婷