標(biāo)題: 手上有一個(gè)產(chǎn)品要求輸出使用4-20mA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?如何理解 [打印本頁(yè)]
作者: 邵123456    時(shí)間: 2024-3-25 15:46
標(biāo)題: 手上有一個(gè)產(chǎn)品要求輸出使用4-20mA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?如何理解
咨詢一下論壇大佬，手上有一個(gè)產(chǎn)品要求輸出使用 4 - 20mA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這個(gè)4 - 20mA該如何理解呢？

作者: wulin    時(shí)間: 2024-3-25 18:54
如果采用能夠設(shè)置IO口為推挽模式的MCU，輸出20mA負(fù)載能力沒(méi)有問(wèn)題。
作者: Hephaestus    時(shí)間: 2024-3-25 19:40
4mA表示0%，20mA表示100%，之所以不用0mA表示0%，是因?yàn)橐o變送器留下工作電流。
作者: 明日之星8    時(shí)間: 2024-3-25 19:55
我抄一段過(guò)來(lái)你慢慢看慢慢學(xué)：

一般儀器儀表的信號(hào)電流都為4mA-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。
傳輸信號(hào)時(shí)候，要考慮到導(dǎo)線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會(huì)在導(dǎo)線的產(chǎn)生一定
的壓降，那接收端的信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生一定的誤差了！所以使用電流信號(hào)作為變送器的
標(biāo)準(zhǔn)傳輸！
那么為什么選擇4mA-20mA而不是0mA-20mA呢？4ma而不是0ma是用來(lái)檢測(cè)線路開(kāi)
路的，如果0是最小，那么開(kāi)路故障就檢測(cè)不到了。


在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，用一個(gè)儀表放大器來(lái)完成信號(hào)的調(diào)理并進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸，會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：
第一，由于傳輸?shù)男盘?hào)是電壓信號(hào)，傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾；
第二，傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降；
第三，在現(xiàn)場(chǎng)如何提供儀表放大器的工作電壓也是個(gè)問(wèn)題。


為了解決上述問(wèn)題和避開(kāi)相關(guān)噪聲的影響，我們用電流來(lái)傳輸信號(hào)，因?yàn)殡娏鲗?duì)噪聲并
不敏感。4～20mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號(hào)，用20mA表示信號(hào)的滿刻度，而低于
4mA高于20mA的信號(hào)用于各種故障的報(bào)警。
4～20mA電流環(huán)有兩種類型：二線制和三線制。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)需要通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)
器件如閥門等時(shí)，一般采用三線制變送器，這里XTR位于監(jiān)控的系統(tǒng)端，由系統(tǒng)直接向XTR
供電，供電電源是二根電流傳輸線以外的第三根線。二線系統(tǒng)是XTR和傳感器位于現(xiàn)場(chǎng)端，
由于現(xiàn)場(chǎng)供電問(wèn)題的存在，一般是接收端利用4～20mA的電流環(huán)向遠(yuǎn)端的XTR供電，通過(guò)
4～20mA來(lái)反映信號(hào)的大小。
4～20mA產(chǎn)品的典型應(yīng)用是傳感和測(cè)量應(yīng)用。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有許多種類的傳感器可以被轉(zhuǎn)換
成4～20mA的電流信號(hào)，TI擁有一些很方便的用于RTD和電橋的變送器芯片。由于TI的變
送器芯片含有通用的功能電路比如電壓激勵(lì)源、電流激勵(lì)流、穩(wěn)壓電路、儀表放大器等，
所以可以很方便地把許多傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)化為4～20mA的信號(hào)。
電橋傳感器的大多數(shù)應(yīng)用是用于測(cè)量壓力。在一個(gè)實(shí)際電路中，如果惠斯登電橋每條臂上
的電阻為2k ，那么無(wú)論從激勵(lì)電壓端或差分輸出端看進(jìn)去，它的等效電阻都是2k 。在沒(méi)
有壓力的時(shí)候，它的電橋是平衡的，輸出電壓為0。當(dāng)施加壓力時(shí)，由于電橋失衡，會(huì)產(chǎn)
生一個(gè)差分電壓，差分電壓便會(huì)反映這個(gè)壓力的大小。
滿度和色調(diào)是壓力傳感器的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)實(shí)世界里使用著的傳感器都存在著一定
的非線性，它的輸出電壓會(huì)隨著溫度的變化而變化。輸出電壓隨溫度的變化不是線性的，
滿度和色調(diào)都具有這種性質(zhì)。
4～20mA的傳感器信號(hào)調(diào)理解決方案
4～20mA電流環(huán)在結(jié)構(gòu)上由兩部分即變送器和接收器組成，變送器一般位于現(xiàn)場(chǎng)端、傳感
器端或模塊端，而接收器一般在PLC和計(jì)算機(jī)端，它一般在控制器內(nèi)。
二線制4～20mA電路應(yīng)用，其工作電源和信號(hào)共用一根導(dǎo)線，工作電源由接收端提供。
為了避免50/60Hz的工頻干擾，采用電流來(lái)傳輸信號(hào)。二線制方案需要考慮的主要問(wèn)題：
確定所用接收器的數(shù)量，當(dāng)有多個(gè)接收器時(shí)，它將要求變送器擁有一個(gè)較低的工作電源電
壓。另外一種考慮是降低回路電流在接收端的壓降。
二線制方案設(shè)計(jì)需要考慮：
（1）電路環(huán)中的接收器的數(shù)量：更多的接收器將要求變送器有較低的工作電壓；
（2）變送器所必需的工作電壓要有一定的余量；
（3）決定傳感器的激勵(lì)方法是電壓還是電流。
圖2為TI提供的帶有電壓調(diào)節(jié)和參考電路的二線制方案。圖中XTR115/116是用于4～20mA
信號(hào)的精密的信號(hào)轉(zhuǎn)換器，它包含有5V電壓的穩(wěn)壓電路，可以向外部電路供電。一個(gè)精
密的片上基準(zhǔn)電壓可以用于電壓偏置或者傳感器的激勵(lì)。
三線制4～20mA電路在設(shè)計(jì)上是由變送器端提供工作電源，為避免50/60Hz的工頻干擾，
采用電流來(lái)傳輸信號(hào)。XTR調(diào)節(jié)器和現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)載共用一個(gè)地接。方案設(shè)計(jì)需要考慮：
（1）電流環(huán)路中的接收器的數(shù)量；
（2）更多的接收器要求變送器擁有更高的工作電壓；
（3）保證變送器所必需的工作電壓，并應(yīng)該有一定的余量。
TI提供的三線制的變送器應(yīng)用方案如圖3所示，圖中XTR110是一個(gè)用于模擬信號(hào)傳送的精
密的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，它可以將0～5V或0～10V的輸入電壓直接轉(zhuǎn)換到4～20mA、
0～20mA、5～25mA的輸出信號(hào)。XTR110含有精密的電阻網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)不同的輸入輸出
要求。一個(gè)10V的電壓參考可以用于驅(qū)動(dòng)外部電路。
4～20mA的校正
傳統(tǒng)的4～20mA校正，要求特殊的夾具固定，需要特別的激光或手動(dòng)電阻器調(diào)整，而調(diào)整
是相互影響的，需要一個(gè)測(cè)試、調(diào)整，再測(cè)試、再調(diào)整的過(guò)程，調(diào)整次數(shù)和范圍有限。
電子器件和傳感器調(diào)整起來(lái)不夠方便。
現(xiàn)代的數(shù)字化4～20mA校正，它允許電子器件和傳感器在封裝之后進(jìn)行調(diào)整；可通過(guò)計(jì)算
機(jī)計(jì)算出校正系數(shù)來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)值調(diào)整；可以有無(wú)限的調(diào)整次數(shù)，并且有很好的分辨率和較寬
的調(diào)整范圍；調(diào)整過(guò)程中不存在相互影響；電子器件和傳感器可以很方便地調(diào)整。
XTR108是TI提供的校正4～20mA的解決方法。它具有480 A的電流參考，它提供RTD的非
線性校正，不需要外加可調(diào)電阻器。XTR108的特點(diǎn)有：
（1）具有傳感器的線性化電路；
（2）數(shù)字校正。通過(guò)SPI接口可以直接對(duì)XTR108設(shè)置，通過(guò)SPI接口可直接編程EEPROM；
（3）自動(dòng)穩(wěn)零的可編程增益的應(yīng)用放大器的增益范圍為6.26～400倍；
（4）RTD激勵(lì)的可編程電流的分辨率為1.54 A；
（5）校正參數(shù)存儲(chǔ)在外接的EEPROM中；
（6）可編程的過(guò)量程和欠量程的輸出。
此外，TI還提供一款橋路傳感器的數(shù)字校正解決方案——PGA309，它是專為壓力橋路傳感
器設(shè)計(jì)的可編程模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器。它模擬放大器傳感信號(hào)并提供對(duì)色調(diào)電壓和滿度電壓的
數(shù)字校正，由于避免了手動(dòng)調(diào)整而獲得了長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，并將輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA的輸出。



一般儀器儀表的信號(hào)電流都為4mA-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。傳輸信號(hào)時(shí)候，要考慮到導(dǎo)線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會(huì)在導(dǎo)線的產(chǎn)生一定的壓降，那接收端的信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生一定的誤差了！所以使用電流信號(hào)作為變送器的標(biāo)準(zhǔn)傳輸！那么為什么選擇4mA-20mA而不是0mA-20mA呢？4ma而不是0ma是用來(lái)檢測(cè)線路開(kāi)路的，如果0是最小，那么開(kāi)路故障就檢測(cè)不到了

作者: fishafish    時(shí)間: 2024-3-25 20:39
用4-20mA恒流來(lái)傳輸模擬信號(hào)，抗干擾好
作者: wjhhhhh    時(shí)間: 2024-3-25 20:54
4 - 20mA傳輸?shù)氖悄M量數(shù)據(jù)  4 - 20mA是可變恒流源 隨檢測(cè)的物理量變化(0% - 100%) 一定范圍內(nèi)不受負(fù)載阻抗包括導(dǎo)線電阻大小、供電電壓高低影響。只需兩根線既供電又傳回檢測(cè)信號(hào) 在數(shù)字器件電路普及前是很先進(jìn)的。隨著時(shí)代發(fā)展 有可能被替代  測(cè)溫18B20很典型 三(甚至二)條線出去幾十個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度全有了。
作者: gongnn    時(shí)間: 2024-3-25 21:26
wjhhhhh 發(fā)表于 2024-3-25 20:54
4 - 20mA傳輸?shù)氖悄M量數(shù)據(jù)  4 - 20mA是可變恒流源 隨檢測(cè)的物理量變化(0% - 100%) 一定范圍內(nèi)不受負(fù)載阻 ...

基本上兩回事的，工業(yè)總線和民用設(shè)備的區(qū)別。
作者: wjhhhhh    時(shí)間: 2024-3-25 22:00
"工業(yè)總線和民用設(shè)備的區(qū)別"   ??   我們玩手機(jī)敲字上網(wǎng)  “網(wǎng)”是從70年代美國(guó) %通聯(lián)開(kāi)始的   那是 叁 回事嗎?
作者: wjhhhhh    時(shí)間: 2024-3-25 22:14
十多年前就有在4 - 20mA電流上疊加數(shù)字信號(hào)的商品大量使用 模數(shù)兼容 便于計(jì)算機(jī)處理
作者: npn    時(shí)間: 2024-3-25 22:31
具體需要知道輸出電平電壓類型和輸入阻抗才能計(jì)算。
作者: 大漠落日    時(shí)間: 2024-3-26 07:48
現(xiàn)在電流量一直還在用，優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然是不受距離限制，線路電阻600歐以下，可以正常工作，你想一下，這得是多遠(yuǎn)的距離啊。
作者: 邵123456    時(shí)間: 2024-3-26 08:05
Hephaestus 發(fā)表于 2024-3-25 19:40
4mA表示0%，20mA表示100%，之所以不用0mA表示0%，是因?yàn)橐o變送器留下工作電流。

謝謝，我對(duì)應(yīng)看一下
作者: wangxiangtan    時(shí)間: 2024-3-26 08:19
這是普通常見(jiàn)的模擬量輸出啊，西門子PLC的模擬量輸出就有4-20mA電流輸出，了解一點(diǎn)工控產(chǎn)品參數(shù)你就知道這玩意兒了
作者: 邵123456    時(shí)間: 2024-3-26 08:20
明日之星8 發(fā)表于 2024-3-25 19:55
我抄一段過(guò)來(lái)你慢慢看慢慢學(xué)：

一般儀器儀表的信號(hào)電流都為4mA-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA  ...

謝謝大佬，這個(gè)解釋夠全面的
作者: 邵123456    時(shí)間: 2024-3-26 08:21
wangxiangtan 發(fā)表于 2024-3-26 08:19
這是普通常見(jiàn)的模擬量輸出啊，西門子PLC的模擬量輸出就有4-20mA電流輸出，了解一點(diǎn)工控產(chǎn)品參數(shù)你就知道這 ...

好的，謝謝，我看一下
作者: sdsasdqw    時(shí)間: 2024-3-26 11:46
HART協(xié)議，了解一下吧。
作者: a399288395    時(shí)間: 2024-3-28 09:55
工控設(shè)備上，傳感器最常用的一種傳輸模式， 比如水位傳感器，    有專用的0-20MA  4-20MA的轉(zhuǎn)換芯片； 也可以用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)；把采集到的模擬數(shù)據(jù)量通過(guò)運(yùn)放V/I轉(zhuǎn)換成電流輸出；
也可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，把采集的模擬數(shù)據(jù) 通過(guò)PWM占空比發(fā)送給專門的電流發(fā)射芯片或者運(yùn)放，再轉(zhuǎn)換成電流輸出； 比如XTR111；。。。。。。。
作者: yf_2010    時(shí)間: 2024-4-5 22:26
傳輸模擬量直接用4-20mA，傳輸數(shù)量量就用HART疊加于4-20mA之上
作者: 大漠落日    時(shí)間: 2024-4-6 07:38
這是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，恒流輸出，一般負(fù)載電阻750歐以下，不影響結(jié)果
作者: MARKWUJP    時(shí)間: 2024-4-6 08:37
4mA表示0%，20mA表示100%，之所以不用0mA表示0%，是因?yàn)橐o變送器留下工作電流。
0-100%對(duì)應(yīng)你的寄存器數(shù)值



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