传感器电流输出信号的处理

传感器电流输出信号的处理电流信号在传输中具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，被广泛应用。目前，传感器24V供电、4-20mA电流输出，已经成为一种工业标准。传感器的电流输出方式有两线制（传感器用两根导线对外连接）、三线制（传感器用三根导线对外连接）、四线制（传感器用四根导线对外接）。它们具有各自的特点，如果使用不当，会影响其功能，甚至不能正常工作。本文对它们的原理作出一些介绍，以便用户对传感器作出正确地选型和使用。(关键词传输;两线制；三线制；四线制)1传输原理及技术指标1.1传输原理1.1.1终端连接对于电流输出的传感器,在终端要把它变换成电压信号才能使用。如图1所示。在图中1中Rr为负载电阻,它的大小决定转换成电压的大小,通常取值250Ω,把传感器输出的4-20mA电流转换成对应的1-5V电压。在实际使用中，测控设备也有内阻，多少会产生一些分流。因此，Is不是完全流经Rr。一般情况下，测控设备的内阻都很大，几乎不产生分流，Rr可按常规取值。在个别测控设备内阻较小的情况下，可适当提高Rr的取值，以达到转换相应电压的要求。有些终端模块有电流输入接口（转换电阻Rr在模块内部）。使用时，可把电流信号直接接入模块。如图2所示。由上所述,在电流传输的终端接法中，有外置电阻和内置电阻两种接法。在以后解说中，如无特殊说明，均以外置电阻为例。1.1.2与电压输出传感器的比较图3和图4是电流输出传感器和电压输出传感器的应用原理图。图中的传感头和变送器合称为传感器。由两图相比可以看出，电流输出的传感器在变送器内部多一个电压-电流转换器，在接收终端多了一个电流-电压转换器。这么做主要是为了把电压传输变为电流传输。因为电流传输比电压传输有很多优点。下面对电流传输和电压传输作出分析。电压输出的传感器和三线制电流输出的传感器可以共同建立图5的传输电路模型。图中:Ro-传感器输出内阻Rs-输出导线电阻Rr-负载电阻Rd-地线电阻Uo-传感器输出电压Us-Rs上的压降Ur-Rr上的压降Ud-Rd上的压降Ig-传感器的工作电流Is-传感器的输出电流可以看出Ur就是检测设备获取的电压,根据回路原理可以建立公式(1)。下面就根据图5和公式（1）来分析电压和电流的传输特性。Ur=Uo-Us+Ud(1)对于电压输出的传感器,内阻Ro为零，这时把Uo看作一个恒压源。公式(1)中的Us项对输出电压产生衰减,这种衰减与电压信号成正比,是一种灵敏度干扰,如图6所示。公式(1)中的Ud项与传感器的工作电流Ig有关，在传感器的全量程内Ig几乎不变，而且当传感器内部有震荡电路时，Ig还含有交流分量。因此，Ud对输出电压产生的是一种具有交流分量的零点干扰,如图7所示。由此可见，电压输出的传感器在传输中有灵敏度干扰和零点干扰。对于电流输出的传感器，内阻Ro为无穷大，把Uo看作一个恒流源。这时Ur等于Is*Rr。也就是说，Ur只与传感器的输出电流和负载电阻有关,而与其它因素无关。对于恒流源来说，Uo是随着外界的变动而变化的。对于公式（1）中的Us产生衰减时，Uo会提高一个同样的Us值进行抵消而保持公式（1）成立。同理对Ud项也是如此。由此可见，电流输出的传感器在传输中没有灵敏度和零点干扰，具有很高的稳定性。