二线制4mA到20mA变送器的电路设计的详细资料说明

　　在详细分析设计重点、难点和技术关键的基础上，设计了二线制4—20mA变送器的实用电路。它具有电路简单、功耗低、抗干扰能力强等特点，可以实现4—20mA变送器的基本功能。

　　二线制变送器：变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号的转换器，应用在工业现场，可以远距离测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等。二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，既是电源线，又是信号线。在工业现场，用一个来完成信号的调理并进行长线传输，存在传输线会受到噪声的干扰、分布电阻会产生电压降等问题。为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，工业上最广泛采用的是用 4—20mA电流来传输模拟量。工业4～20mA的电流环是用20mA表示信号的满刻度，用4mA表示零信号，而低于4n认高于20tnA的信号用于各种故障的报警。

　　二线制的优点：

　　1）不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线，可节省大量电缆线和安装费用；

　　2）在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；

　　3）电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA二线制环路，接收器电阻通常为250Q， （取样uout=1—5V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；

　　4）各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，可以实现分散采集，集中控制；

　　5）将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏（0InA状态）十分方便；

　　6）在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。

　　二线制变送器电流环标准下限为4mA，这使得二线制变送器的设计成为可能。基于以上优点，二线制变送器将有广泛的应用前景。

　　图1为二线制变送器的结构。从整体结构上来看，二线制变送器由三大部分组成：传感器、调理电路、二线制V／I变换器构成。传感器将温度、压力等非电物理量转化为电参量；调理电路将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线性的电压输出。二线制V／I变换电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流，同时从环路上获得电压并稳压，供调理电路和传感器使用。

　　二线制变送器的原理是利用了4—20mA信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于4rnA，那么将不可能输出下限4mA值。除了v／I变换电路之外，电路中每个部分都有其自身的耗电电流，二线制变送器的核心设计思想是将所有的电流都包括在v／I变换的反馈环路内。如图1所示，采样电阻 Rs串联在电路的低端，所有的电流都将通过风流回到电源负极。从Rs上取到的反馈信号，包含了所有电路的耗电。在二线制变送器中，所有的电路总功耗不能大于3．5rnA，这是二线制变送器的设计根本原则之一。因此电路的低功耗成为主要的设计难点。