现场发送器是一个通用术语、包含常见的工业过程控制系统：压力、温度和流量。 虽然压力 、温度和流量变送器都带来了独特的设计挑战和注意事项、但这两者之间存在一些信号调节相似之处。
传感器将物理量(即压力、温度、流量等)转换为电信号。 通常、用于检测上述物理量的传感器会产生需要放大的小差分电信号(即桥式传感器、热电偶等)。 仪表放大器用于放大信号并执行差分至单端转换。
图1 -简化的现场发送器实现
然后、放大信号用于创建著名的4-20mA 电流输出、以将传感器数据传输到远程处理器。 创建此4-20mA 输出的方法有多种。 例如、一种常见的实现方式是从仪表放大器获取模拟信号、并使用模数转换器(ADC)将其转换为数字域。 数字信息由微处理器处理、然后由微处理器控制数模转换器(DAC)。 然后、DAC 输出用于创建4-20mA 电流输出。
电压至电流转换可使用运算放大器和一些外部组件以分立方式完成、但最简单的方法是使用4-20mA 变送器(XTR)、该变送器集成了运算放大器并提供一些附加功能(例如激励电流、基准电压、错误检测标志等)。 XTR 放大器可轻松与 DAC 连接、也可直接与仪表放大器连接、如图1所示。
表1显示了一些推荐用于连接许多压力、温度和流量传感器的仪表放大器。 此处的要求是高共模抑制(CMR)、低失调电压和温漂、低噪声和低功耗。
表1 -用于现场变送器的仪表放大器
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器件 |
CMRR (最小值、G=1000) |
输入失调电压(最大值) |
输入温漂(最大值) |
噪声密度 |
静态电流(典型值) |
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100dB |
100 μ A µV |
2 μ µV°C |
21nV/√Hz |
µA μ A |
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140dB |
µV μ A |
0.4 μ µV°C |
8nV/√Hz |
µA μ A |
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|
140dB |
µV μ A |
0.4 μ µV°C |
7nV/√Hz |
µA μ A |
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100dB |
µV μ A |
0.3 μ µV°C |
50nV/√Hz |
µA μ A |
表2显示了一些推荐用于2线和3线应用的 XTR 器件。 XTR 为创建4-20mA 变送器提供了一种简单易用的解决方案。 另请访问 [常见问题解答]如何选择4-20mA 变送器？ 以了解更多详细信息。
表2 -用于现场变送器的 XTR 器件
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器件 |
功能 |
电源电压范围 |
功能 |
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2线 |
7.5V–36V |
5V 稳压器和2.5V 基准 |
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3线 |
8V–40V |
3V 至5V 的可配置稳压器 |
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3线 |
10V–40V |
用户可选电流/电压输出、输出错误标志、过热保护 |
表3显示了一些适用于4-20mA 功能分立式实施的推荐运算放大器。 这里的要求是低功耗、低失调电压和温漂。
表3 -用于现场变送器的运算放大器
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器件 |
静态电流(典型值) |
带宽 |
输入失调电压(最大值) |
失调电压温漂(典型值) |
电源电压范围 |
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µA μ A |
1 MHz |
µV μ A |
1.00 μ µV°C |
1.7V–5.5V |
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100 μ A µA |
550 kHz |
µV μ A |
0.001 μ µV°C |
4.5V–36V |
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µA μ A |
350 kHz |
µV μ A |
0.02 μ µV°C |
1.8V–5.5V |
有关有用的资源、请确保查看以下内容。
[常见问题解答]使用4-20mA 电流环路发送器(XTR)进行设计：常见问题解答链接
