兩線制傳感器

兩線制傳感器傳感器類別01意義結(jié)構(gòu)原理與三線制區(qū)別目錄03020405行業(yè)前景設(shè)計原則接線方法考慮問題目錄070608基本信息兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表僅用兩根導(dǎo)線，這兩根線既是電源線，又是信號線。意義意義現(xiàn)大多數(shù)傳感器都向兩線制發(fā)展，且在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信（比如用HART協(xié)議），四線制的多用于功率大的。傳輸?shù)木嚯x大和防爆等場合,就最好用無源的兩線制傳感器。原理原理兩線制變送器的原理是利用了4~20mA信號為自身提供電能。如果變送器自身耗電大于4mA，那么將不可能輸出下限4mA值。因此一般要求兩線制變送器自身耗電（包括傳感器在內(nèi)的全部電路）不大于3.5mA。這是兩線制變送器的設(shè)計根本原則之一。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)從整體結(jié)構(gòu)上來看，兩線制變送器由三大部分組成：傳感器、調(diào)理電路、兩線制V/I變換器構(gòu)成。傳感器將溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)化為電參量，調(diào)理電路將傳感器輸出的微弱或非線性的電信號進(jìn)行放大、調(diào)理、轉(zhuǎn)化為線性的電壓輸出。兩線制V/I變換電路根據(jù)信號調(diào)理電路的輸出控制總體耗電電流；同時從環(huán)路上獲得電壓并穩(wěn)壓，供調(diào)理電路和傳感器使用。除了V/I變換電路之外，電路中每個部分都有其自身的耗電電流，兩線制變送器的核心設(shè)計思想是將所有的電流都包括在V/I變換的反饋環(huán)路內(nèi)。如圖，采樣電阻Rs串聯(lián)在電路的低端，所有的電流都將通過Rs流回到電源負(fù)極。從Rs上取到的反饋信號，包含了所有電路的耗電。與三線制區(qū)別區(qū)別二區(qū)別一與三線制區(qū)別區(qū)別一兩線制與三線制(一根正電源線，兩根信號線,其中一根共GND)和四線制(兩根正負(fù)電源線，兩根信號線)相比，兩線制的優(yōu)點是：1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響，可用非常便宜的更細(xì)的導(dǎo)線；可節(jié)省大量電纜線和安裝費(fèi)用；2、在電流源輸出電阻足夠大時，經(jīng)磁場耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會產(chǎn)生顯著影響，因為干擾源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能降低干擾；兩線制與三線制必須用屏蔽線,屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。3、電容性干擾會導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對于4～20mA兩線制環(huán)路，接收器電阻通常為250Ω（取樣Uout=1～5V）這個電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長度比電壓遙測系統(tǒng)更長更遠(yuǎn)；4、各個單臺示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進(jìn)行換接，不因電線長度的不等而造成精度的差異，實現(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，使判斷開路與短路或傳感器損壞（0mA狀態(tài)）十分方便。6,在兩線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。區(qū)別二1.儀表的二線制與四線制二線制儀表即電源與信號共用兩根線一般四線制儀表電源與信號線分開信號為4~20mA或0～10mA，電源220AC（為多）．2.在熱電阻中有兩線制、三線制、四線制兩線制沒有線路電阻補(bǔ)償，配線簡單，但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此不適用制造A級精度的熱電阻，且在使用時引線及導(dǎo)線都不宜過長。三線制有線路電阻補(bǔ)償，可以消除引線電阻的影響，測量精度高于2線制。作為過程檢測元件，其應(yīng)用最廣。四線制:在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至PLC。這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，但成本較高，主要用于高精度的溫度檢測。3.行業(yè)前景行業(yè)前景三線制和四線制變送器均不具上述優(yōu)點即將被兩線制變送器所取代，從國外的行業(yè)動態(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要安裝在現(xiàn)場設(shè)備上，而以單片機(jī)為核心的監(jiān)測系統(tǒng)則位于較遠(yuǎn)離設(shè)備現(xiàn)場的監(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)場的環(huán)境較為惡劣，強(qiáng)電信號會產(chǎn)生各種電磁干擾，雷電感應(yīng)會產(chǎn)生強(qiáng)浪涌脈沖，在這種情況下，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中遇到的一個棘手問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。兩線制變送器件的出現(xiàn)使這個問題得到了較好地解決。我們以DH4-20變送模塊為核心設(shè)計了小型、價廉的穿孔型兩線制電流變送器。它具有低失調(diào)電壓(<30μV)、低電壓漂移(<0.7μV/C°)、超低非線性度(<0.01%)的特點。它把現(xiàn)場設(shè)備動力線的電流隔離轉(zhuǎn)換成4～20mA的按線性比例變化的標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出，然后通過一對雙絞線送到監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口上，雙絞線同時也將位于監(jiān)測系統(tǒng)的24V工作電源送到電流變送器中。測量信號和電源在雙絞線上同時傳送，既省去了昂貴的傳輸電纜，而且信號是以電流的形式傳輸，抗干擾能力得到極大的加強(qiáng)。如何辨別兩線制和四線制如果接入PLC卡是四根信號線,那就一定是四線制;難區(qū)別的主要還是只有兩根信號線時,比較容易出錯,所以我的第一條很重要。兩線制是PLC提供24VDC的電源供儀表使用，即電源和電流信號共用兩根線。四線制指儀表需要單獨供電（兩根線），電流信號又是兩根線，加起來一共四根線。線制指PLC提供儀表的電源且電源和電流信號共用兩根線供儀表使用，四線制指儀表單獨供電，電源兩根線，電流信號又是兩根線。說的是有源和無源概念.接線方法接線方法1，硬件組態(tài)和量程卡都設(shè)定為四線制傳感器：具體接法：24v電源的正端接傳感器的正端，傳感器的負(fù)端接模板的正端，模板的負(fù)端接24V負(fù)端。2，如果是6ES7331-7KF02-0AB0，它有直接給兩線制傳感器供電的功能，接兩線制電流信號只需把量程卡選擇D方向，在硬件配置中選擇2DMU，以第一個通道為例，傳感器的正端接模板2端子（M0+），負(fù)端接模板3端子（M0－）即可。此時模板對變送器供電。設(shè)計原則設(shè)計原則兩線制傳感器壓力橋、稱重傳感器輸出信號微弱，都屬于mV級信號。這一類小信號一般都要求用差動放大器對其進(jìn)行第一級放大。一般選用低失調(diào)、低溫飄的差動放大器。另外在兩線制應(yīng)用中，低功耗也是必需的。AD623是常用的低功耗精密差動放大器，常用在差分輸出前級的放大。AD623失調(diào)最大200uV，溫飄1uV/度，在一般壓力變送應(yīng)用保證了精度足夠。R0將0.4V疊加在AD623的REF腳（5腳）上，在壓力=0情況下通過調(diào)整R0使輸出4mA，再調(diào)整RG輸出20.00mA，完成校準(zhǔn)。電路設(shè)計時需注意，壓力橋傳感器相當(dāng)于一個千歐級的電阻，耗電一般比較大。適當(dāng)降低壓力橋的激勵電壓可以減小耗電電流。但是輸出幅度也隨之下降，需要提高AD623的增益。圖6給出的傳感器采用恒壓供電，實際應(yīng)用中大部分半導(dǎo)體壓力傳感器需要恒流供電才能獲得較好的溫度特性，可以用一個運(yùn)放構(gòu)成恒流源為其提供激勵?？紤]問題考慮問題工業(yè)環(huán)境下環(huán)境惡劣且對可靠性要求高，因此兩線制變送器的設(shè)計上需要考慮一定的保護(hù)和增強(qiáng)穩(wěn)定性措施。1．電源保護(hù)。電源接反、超壓、浪涌是工業(yè)上常見的電源問題。電源接反是設(shè)備安裝接線時最容易發(fā)生的錯誤，輸入口串一只二極管即可防止接反電源時損壞電路。如果輸入端加一個全橋整流器，那么即使電源接反仍能正常工作。為防止雷擊、靜電放電、浪涌等能量損壞變送器，變送器入口處可以加裝一只TVS管來吸收瞬間過壓的能量。一般TVS電壓值取比運(yùn)放極限電壓略低，才能起到保護(hù)作用。如果可能遭受雷擊，TVS可能吸收容量不夠，壓敏電阻也是必需的，但是壓敏電阻本身漏電會帶來一定誤差。2．過流保護(hù)。設(shè)備運(yùn)行過程中可能有傳感器斷線、短路等錯誤情況發(fā)生。或者輸入量本身很有可能超量程，變送器必須保證任何情況下輸出不會無限制上升，否