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變送器是把傳感器采集到的微弱的電信號(hào)放大以便轉(zhuǎn)送或啟動(dòng)控制元件，或?qū)�傳感器輸入的非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)同時(shí)放大以便供遠(yuǎn)方測(cè)量和控制的信號(hào)源。根據(jù)需要還可將摸擬量變換為數(shù)字量。

　　集成電流變送器亦稱電流環(huán)電路，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同可劃分成以下兩種類型：一種電壓/電流轉(zhuǎn)換器，亦稱電流環(huán)發(fā)生器，它能將翰入電壓轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)(典型產(chǎn)品為1B21等）；另一種屬于電流/電壓轉(zhuǎn)換器，也叫電流環(huán)接收器(典型產(chǎn)品為RCV420)。是現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為常用模擬通訊方案之一。它將電壓信號(hào)變換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)從環(huán)路一端傳送到另一端，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通訊，且不易受干擾，因而在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中得到廣泛的應(yīng)用，特別是在傳感和測(cè)量應(yīng)用方面。

　　電流變送器使用標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)。電流變送器有兩種類型：二線制和三線制。二線制電流變送器是電流變送器和傳感器位于現(xiàn)場(chǎng)端，在二線制傳輸方式中，供電電源、負(fù)載電阻、電流變送器是串聯(lián)的，即二根導(dǎo)線同時(shí)傳送電流變送器所需的電源和輸出電流信號(hào)，其工作電源和信號(hào)共用一根導(dǎo)線，工作電源由接收端提供，如圖I(a)所示。三線制電流變送器，這里電流變送器位于監(jiān)控的系統(tǒng)端，由系統(tǒng)直接向電流變送器供電。供電電源是二根電流傳輸線以外的第三根線。如圖1(b)所示。

電流變送器接線方框圖

　　電流變送器主要采用V-I變換器來設(shè)計(jì)，將電壓信號(hào)變換成電流信號(hào)。目前，市面上有集成電流變IC供工程師使用，如TI的XTR系列、ADI的AD694、Analog Microelectronics的AM462等。不過相對(duì)來說，這些IC的成本較高。因此，在工業(yè)上，對(duì)于成本要求嚴(yán)格的電路設(shè)計(jì)，用集成運(yùn)放來自定義設(shè)計(jì)電流變送器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

　　電流變送器使用電流信號(hào)作為傳輸信號(hào)，有較高的抗干擾能力，但由于傳輸距離較遠(yuǎn)，加上工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，電流變送器在設(shè)計(jì)上還要考慮電氣隔離，抗干擾措施。

電流變送器工作原理

電流變送器主要由電壓信號(hào)調(diào)理、VI變換、功率輸出和隔離等電路構(gòu)成。

1.1電壓信號(hào)調(diào)理電路

　　對(duì)于被變送對(duì)象是模擬信號(hào)時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路的作用是信號(hào)放大或衰減；對(duì)于被變送對(duì)象是數(shù)字信號(hào)時(shí)，信號(hào)調(diào)理電路的作用是D/A轉(zhuǎn)換。

　　在模擬電路中，如要將電橋、壓力傳感器、熱電偶等輸出信號(hào)變換。可以使用差分放大電路、儀表放大器等放大，例知測(cè)量PT100的電路，如圖2所示。

PT100的測(cè)量電路圖

　　對(duì)于數(shù)字量輸出傳感器或設(shè)備，那只有采用D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)了，包括使用DAC和PWM。如圖3所示。

DAC和PWM原理框圖

　　使用DAC設(shè)計(jì)要考慮DAC位數(shù)(分辨率)、線性度和參考電壓的溫漂，例如設(shè)計(jì)0.5%的電流變送器至少需要I0位的ADC，線性度小于2LBS。

　　使用PWM方式要考慮PWM的位數(shù)，因?yàn)镻WM方式要加一個(gè)低通濾波器才能得到平直的直流電壓信號(hào)，所以低通濾波器的響應(yīng)速度、線性度都要考慮。

　　兩者相比來說，PWM方式比DAC方式有成本優(yōu)勢(shì)，故在廉價(jià)的電流變送器，響應(yīng)速度要求不高情況下，PWM方式是不錯(cuò)的選擇。

1.2 V-I轉(zhuǎn)換電路

典型的V-I轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示。

V-I轉(zhuǎn)換電路也叫恒流源電路。先簡(jiǎn)單分析一下其原理：由于運(yùn)放虛短虛斷特性可知，V2等于Vin,流過RL的電流（Iout）等于流過R1的電流。很容易得到：

　　可見，負(fù)載電流Iout 與負(fù)載無關(guān)，只要R1不變，負(fù)載電流Iout跟輸入電壓Vin成正比。

　　在實(shí)際使用中，R1要選取高精度低溫漂的電阻。

3.擴(kuò)流電路

　　由于在實(shí)際應(yīng)用中運(yùn)放的輸出能力有限制，一般都很小，不宜直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因此要用擴(kuò)流電路，如圖4所示。

圖4 電流變送器擴(kuò)流電路圖

　　需要說明的一點(diǎn)是，V-I轉(zhuǎn)換電路的負(fù)載并不能任意取值的，只能在允許范圍內(nèi)取值，這就是V-I轉(zhuǎn)換電路的帶負(fù)載能力。以圖4為例，假如電路的負(fù)載電流（流過RL的電流）為20mA時(shí)，輸入電壓為2.5V,運(yùn)放LM358 最大輸出電壓為12V-1.5V=10.5V,Q1 的Vbe=0.7V,那么RL兩端電壓最大為10.5-0.7-2.5=7.3V,最大RL=7.3V/20mA=365歐。這就意味當(dāng)RL大于365歐，且輸入電壓為2.5V時(shí)，將無法再輸出20mA。

　　三極管Q1的耗散功率也需要考慮在內(nèi)。當(dāng)RL=0時(shí)，Q1的耗散功率最大為（12V-2.5V）*0.02A=0.19W.因此要選用功率大于0.2W的三極管。

圖5：電流保護(hù)電路結(jié)構(gòu)圖

　　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(shí)最容易發(fā)生的錯(cuò)誤，輸入口串聯(lián)一只二極管即可防止接反電源時(shí)損壞電路。如果輸入端加一個(gè)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，電流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(huì)帶來一定誤差，如圖5所示。