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可用于蒸汽夹套型磁翻板液位计远传的二线制4-20mA显示模块常见方案对

发布时间:2019-05-23   点击次数:

随着液位计、料位计数字化、可视化技术的发展,无源二线制4-20mA显示模块已越来越多的配备于各种液位计、料位计,并广泛应用于工业现场。蒸汽夹套型磁翻板液位计目前最为常见的信号输出方式就是采用了二线制4-20mA信号输出,无源二线制4-20mA显示模块是指显示模块与外界仅有两根导线连接至二线制的4-20mA电流信号中,这两根导线既是显示模块信号采集的输入,也是其供电电源的输入。这种结构在磁翻析液位计安装过程中因其布线简单、极高的可靠性和性价比、无需考虑供电和隔离等优点而深受用户的喜爱。
工业上普通使用的压力传感器输出值都是4-20mA的、这是常规的传感器输出数值、但为什么会是4-20mA而不是其它的数值输出呢?下面跟大家介绍一下其原理。
采用电流信号的原因是不容易受干扰、并且电流源内阻无穷大,导线电阻串联在回路中不影响精度,在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求:20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线:正常工作时不会低于4mA,当传输线因故障断路,环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出,必然要有外电源为其供电。
最典型的是变送器需要两根电源线,加上两根电流输出线,总共要接4根线,称之为四线制变送器。
当然,电流输出可以与电源公用一根线公用VCC或者GND,可节省一根线,称之为三线制变送器。
其实大家可能注意到,4-20mA电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一个特殊的负载,特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线,因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA,因此只要在量程范围内,变送器至少有4mA供电。 因此、4-20mA的信号输出一般不容易受干扰而且安全可靠、所以工业上普遍使用的都是二线制4-20mA的电源输出信号。
目前无源二线制4-20mA显示模块通过磁翻析液位计信号输出常见方案有两种,对比说明如下:
方案一:
通过运算放大器将电流信号转换成电压信号,然后利用单片机的A/D单元或者专用A/D转换IC将电压信号转换为数字信号,最后单片机读取A/D中的数字信号并将其显示在LCD上。
此方案在信号转换环节采用运算放大器及大量外围阻容器件,影响整机的可靠性,并且受器件内部温漂、零点漂移的影响易造成示值误差。在A/D转换环节,普通单片机和普通A/D转换IC均存在位数较低转换精度较差的缺点,影响测量的精度。
方案二:
磁翻析液位计测量信号经4-20mA输出之后,通过专用二线制4-20mA信号采集单片机对电流信号进行处理。电流信号通过信号采集I/O口外一精密电阻转化为电压信号,然后进入具有10种放大倍率选择的PGA单元进行放大,最后进入18位全差动输入ΣΔADC类型模数转换单元将电压信号转换为数字信号并显示在LCD上。
此方案在信号转换环节无外围运算放大模拟电路,所以可靠性高,不受温漂、零点漂移的影响。在A/D转换环节18位全差动输入ΣΔADC类型模数转换单元能保证数据转换的精确性。同时此专用单片机的通用I/O口兼具普通单片机的I/O功能,较易实现通讯、显示、控制等功能。
从上述两个方案的对比可以看出,蒸汽夹套型磁翻板液位计信号输出可以通过专用二线制4-20mA信号采集单片机对电流信号进行处理具有可靠性高、精度高、信号不受器件温漂、零点漂移的影响等优点。此方案被越来越多的应用于蒸汽夹套型磁翻板液位计、浮球液位计等各种现场显示测控仪表中。

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