早期的變送器大多為電壓輸出型,即將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5V電壓輸出,這是運(yùn)放直接輸出,信號(hào)功率<0.05W,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極大限制,暴露了抗干擾能力較差,線(xiàn)路損耗破壞了精度等等等缺點(diǎn),而兩線(xiàn)制電流輸出型變送器以其具有極高的抗干擾能力得到了廣泛應(yīng)用,當(dāng)然隨著當(dāng)今科技的發(fā)展,電壓輸出型信號(hào)在抗干擾方面也做了很大的提升。
二線(xiàn)制:在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線(xiàn)來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線(xiàn)制:這種引線(xiàn)方法很簡(jiǎn)單,但由于連接導(dǎo)線(xiàn)必然存在引線(xiàn)電阻r,r大小與導(dǎo)線(xiàn)的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān),因此這種引線(xiàn)方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合;
三線(xiàn)制:在熱電阻的根部的一端連接一根引線(xiàn),另一端連接兩根引線(xiàn)的方式稱(chēng)為三線(xiàn)制,這種方式通常與電橋配套使用,可以較好的消除引線(xiàn)電阻的影響,是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的;
四線(xiàn)制:在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線(xiàn)的方式稱(chēng)為四線(xiàn)制,其中兩根引線(xiàn)為熱電阻提供恒定電流I,把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U,再通過(guò)另兩根引線(xiàn)把U引至二次儀表??梢?jiàn)這種引線(xiàn)方式可完全消除引線(xiàn)的電阻影響,主要用于高精度的溫度檢測(cè)。
熱電阻采用三線(xiàn)制接法。采用三線(xiàn)制是為了消除連接導(dǎo)線(xiàn)電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻,其連接導(dǎo)線(xiàn)(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分,這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化,造成測(cè)量誤差。采用三線(xiàn)制,將導(dǎo)線(xiàn)一根接到電橋的電源端,其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,這樣消除了導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。
兩線(xiàn)制介紹及其優(yōu)點(diǎn)
兩線(xiàn)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(xiàn),這兩根線(xiàn)既是電源線(xiàn),又是信號(hào)線(xiàn)。兩線(xiàn)制與三線(xiàn)制(一根正電源線(xiàn),兩根信號(hào)線(xiàn),其中一根共GND) 和四線(xiàn)制(兩根正負(fù)電源線(xiàn),兩根信號(hào)線(xiàn),其中一根共GND)相比,測(cè)量精度較低。熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件,通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線(xiàn)傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),與控制室之間存在一定的距離,因此熱電阻的引線(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。
兩線(xiàn)制優(yōu)點(diǎn):
1、不易受寄生熱電偶和沿電線(xiàn)電阻壓降和溫漂的影響,可用非常便宜的更細(xì)的導(dǎo)線(xiàn);可節(jié)省大量電纜線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)就能降低干擾;三線(xiàn)制與四線(xiàn)制必須用屏蔽線(xiàn),屏蔽線(xiàn)的屏蔽層要妥善接地。
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)長(zhǎng)度不等的不同通道間進(jìn)行換接,不因電線(xiàn)長(zhǎng)度的不等而造成精度的差異,實(shí)現(xiàn)分散采集,分散式采集的好處就是:分散采集,集中控制....
5、將4mA用于零電平,使判斷開(kāi)路與短路或傳感器損壞(0mA狀態(tài))十分方便。
6、在兩線(xiàn)輸出口非常容易增設(shè)一兩只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。 四線(xiàn)制、三線(xiàn)制和兩線(xiàn)制以及電壓傳輸?shù)臄U(kuò)展理解
三線(xiàn)制和四線(xiàn)制變送器均不具上述優(yōu)點(diǎn)即將被兩線(xiàn)制變送器所取代,從國(guó)外的行業(yè)動(dòng)態(tài)及變送器芯片供求量即可略知一斑,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(xiàn)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,兩者一般相距幾十到幾百米甚至更遠(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,雷電感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)浪涌脈沖,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)。
兩線(xiàn)制電流變送器的輸出為4~20mA,通過(guò)250Ω的精密電阻轉(zhuǎn)換成1~5V或2-10V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LM231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LM231也有一定的抗高頻干擾的作用。
在單片機(jī)控制的許多應(yīng)用場(chǎng)合,都要使用變送器來(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),如電流變送器、壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。













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