手上有一个产品要求输出使用4-20mA进行数据传输?如何理解 -

标题: 手上有一个产品要求输出使用4-20mA进行数据传输?如何理解 [打印本页]

作者: 邵123456 时间: 2024-3-25 15:46
标题: 手上有一个产品要求输出使用4-20mA进行数据传输?如何理解
咨询一下论坛大佬，手上有一个产品要求输出使用 4 - 20mA进行数据传输，这个4 - 20mA该如何理解呢？

作者: wulin 时间: 2024-3-25 18:54
如果采用能够设置IO口为推挽模式的MCU，输出20mA负载能力没有问题。

作者: Hephaestus 时间: 2024-3-25 19:40
4mA表示0%，20mA表示100%，之所以不用0mA表示0%，是因为要给变送器留下工作电流。

作者: 明日之星8 时间: 2024-3-25 19:55
我抄一段过来你慢慢看慢慢学：

一般仪器仪表的信号电流都为4mA-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA 。
传输信号时候，要考虑到导线上也有电阻，如果用电压传输则会在导线的产生一定
的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差了！所以使用电流信号作为变送器的
标准传输！
那么为什么选择4mA-20mA而不是0mA-20mA呢？4ma而不是0ma是用来检测线路开
路的，如果0是最小，那么开路故障就检测不到了。

在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：
第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；
第二，传输线的分布电阻会产生电压降；
第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。

为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并
不敏感。4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于
4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动
器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR
供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。二线系统是XTR和传感器位于现场端，
由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过
4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用。在工业现场有许多种类的传感器可以被转换
成4～20mA的电流信号，TI拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。由于TI的变
送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，
所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。
电桥传感器的大多数应用是用于测量压力。在一个实际电路中，如果惠斯登电桥每条臂上
的电阻为2k ，那么无论从激励电压端或差分输出端看进去，它的等效电阻都是2k 。在没
有压力的时候，它的电桥是平衡的，输出电压为0。当施加压力时，由于电桥失衡，会产
生一个差分电压，差分电压便会反映这个压力的大小。
满度和色调是压力传感器的两个主要技术指标，现实世界里使用着的传感器都存在着一定
的非线性，它的输出电压会随着温度的变化而变化。输出电压随温度的变化不是线性的，
满度和色调都具有这种性质。
4～20mA的传感器信号调理解决方案
4～20mA电流环在结构上由两部分即变送器和接收器组成，变送器一般位于现场端、传感
器端或模块端，而接收器一般在PLC和计算机端，它一般在控制器内。
二线制4～20mA电路应用，其工作电源和信号共用一根导线，工作电源由接收端提供。
为了避免50/60Hz的工频干扰，采用电流来传输信号。二线制方案需要考虑的主要问题：
确定所用接收器的数量，当有多个接收器时，它将要求变送器拥有一个较低的工作电源电
压。另外一种考虑是降低回路电流在接收端的压降。
二线制方案设计需要考虑：
（1）电路环中的接收器的数量：更多的接收器将要求变送器有较低的工作电压；
（2）变送器所必需的工作电压要有一定的余量；
（3）决定传感器的激励方法是电压还是电流。
图2为TI提供的带有电压调节和参考电路的二线制方案。图中XTR115/116是用于4～20mA
信号的精密的信号转换器，它包含有5V电压的稳压电路，可以向外部电路供电。一个精
密的片上基准电压可以用于电压偏置或者传感器的激励。
三线制4～20mA电路在设计上是由变送器端提供工作电源，为避免50/60Hz的工频干扰，
采用电流来传输信号。XTR调节器和现场的负载共用一个地接。方案设计需要考虑：
（1）电流环路中的接收器的数量；
（2）更多的接收器要求变送器拥有更高的工作电压；
（3）保证变送器所必需的工作电压，并应该有一定的余量。
TI提供的三线制的变送器应用方案如图3所示，图中XTR110是一个用于模拟信号传送的精
密的电压-电流转换器，它可以将0～5V或0～10V的输入电压直接转换到4～20mA、
0～20mA、5～25mA的输出信号。XTR110含有精密的电阻网络，以适应不同的输入输出
要求。一个10V的电压参考可以用于驱动外部电路。
4～20mA的校正
传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光或手动电阻器调整，而调整
是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。
电子器件和传感器调整起来不够方便。
现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算
机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽
的调整范围；调整过程中不存在相互影响；电子器件和传感器可以很方便地调整。
XTR108是TI提供的校正4～20mA的解决方法。它具有480 A的电流参考，它提供RTD的非
线性校正，不需要外加可调电阻器。XTR108的特点有：
（1）具有传感器的线性化电路；
（2）数字校正。通过SPI接口可以直接对XTR108设置，通过SPI接口可直接编程EEPROM；
（3）自动稳零的可编程增益的应用放大器的增益范围为6.26～400倍；
（4）RTD激励的可编程电流的分辨率为1.54 A；
（5）校正参数存储在外接的EEPROM中；
（6）可编程的过量程和欠量程的输出。
此外，TI还提供一款桥路传感器的数字校正解决方案——PGA309，它是专为压力桥路传感
器设计的可编程模拟信号调节器。它模拟放大器传感信号并提供对色调电压和满度电压的
数字校正，由于避免了手动调整而获得了长期的稳定性，并将输出电压信号转换成4～20mA的输出。

一般仪器仪表的信号电流都为4mA-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA 。传输信号时候，要考虑到导线上也有电阻，如果用电压传输则会在导线的产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差了！所以使用电流信号作为变送器的标准传输！那么为什么选择4mA-20mA而不是0mA-20mA呢？4ma而不是0ma是用来检测线路开路的，如果0是最小，那么开路故障就检测不到了

作者: fishafish 时间: 2024-3-25 20:39
用4-20mA恒流来传输模拟信号，抗干扰好

作者: wjhhhhh 时间: 2024-3-25 20:54
4 - 20mA传输的是模拟量数据 4 - 20mA是可变恒流源随检测的物理量变化(0% - 100%) 一定范围内不受负载阻抗包括导线电阻大小、供电电压高低影响。只需两根线既供电又传回检测信号在数字器件电路普及前是很先进的。随着时代发展有可能被替代测温18B20很典型三(甚至二)条线出去几十个测点温度全有了。

作者: gongnn 时间: 2024-3-25 21:26

wjhhhhh 发表于 2024-3-25 20:54
4 - 20mA传输的是模拟量数据 4 - 20mA是可变恒流源随检测的物理量变化(0% - 100%) 一定范围内不受负载阻 ...

基本上两回事的，工业总线和民用设备的区别。

作者: wjhhhhh 时间: 2024-3-25 22:00
"工业总线和民用设备的区别" ?? 我们玩手机敲字上网 “网”是从70年代美国 %通联开始的那是叁回事吗?

作者: wjhhhhh 时间: 2024-3-25 22:14
十多年前就有在4 - 20mA电流上叠加数字信号的商品大量使用模数兼容便于计算机处理

作者: npn 时间: 2024-3-25 22:31
具体需要知道输出电平电压类型和输入阻抗才能计算。

作者: 大漠落日 时间: 2024-3-26 07:48
现在电流量一直还在用，优点当然是不受距离限制，线路电阻600欧以下，可以正常工作，你想一下，这得是多远的距离啊。

作者: 邵123456 时间: 2024-3-26 08:05

Hephaestus 发表于 2024-3-25 19:40
4mA表示0%，20mA表示100%，之所以不用0mA表示0%，是因为要给变送器留下工作电流。

谢谢，我对应看一下

作者: wangxiangtan 时间: 2024-3-26 08:19
这是普通常见的模拟量输出啊，西门子PLC的模拟量输出就有4-20mA电流输出，了解一点工控产品参数你就知道这玩意儿了

作者: 邵123456 时间: 2024-3-26 08:20

明日之星8 发表于 2024-3-25 19:55
我抄一段过来你慢慢看慢慢学：

一般仪器仪表的信号电流都为4mA-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA ...

谢谢大佬，这个解释够全面的

作者: 邵123456 时间: 2024-3-26 08:21

wangxiangtan 发表于 2024-3-26 08:19
这是普通常见的模拟量输出啊，西门子PLC的模拟量输出就有4-20mA电流输出，了解一点工控产品参数你就知道这 ...

好的，谢谢，我看一下

作者: sdsasdqw 时间: 2024-3-26 11:46
HART协议，了解一下吧。

作者: a399288395 时间: 2024-3-28 09:55
工控设备上，传感器最常用的一种传输模式，比如水位传感器，有专用的0-20MA 4-20MA的转换芯片；也可以用运放实现；把采集到的模拟数据量通过运放V/I转换成电流输出；
也可以用单片机实现，把采集的模拟数据通过PWM占空比发送给专门的电流发射芯片或者运放，再转换成电流输出；比如XTR111；。。。。。。。

作者: yf_2010 时间: 2024-4-5 22:26
传输模拟量直接用4-20mA，传输数量量就用HART叠加于4-20mA之上

作者: 大漠落日 时间: 2024-4-6 07:38
这是一种工业标准信号，恒流输出，一般负载电阻750欧以下，不影响结果

作者: MARKWUJP 时间: 2024-4-6 08:37
4mA表示0%，20mA表示100%，之所以不用0mA表示0%，是因为要给变送器留下工作电流。
0-100%对应你的寄存器数值

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