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可用于磁翻板液位計遠傳的二線制4-20mA顯示模塊常見方案對比

隨著液位計、料位計數字化、可視化技術的發展,無源二線制4-20mA顯示模塊已越來越多的配備于各種液位計、料位計,并廣泛應用于工業現場。磁翻板液位計目前為常見的信號輸出方式就是采用了二線制4-20mA信號輸出,無源二線制4-20mA顯示模塊是指顯示模塊與外界***有兩根導線連接至二線制的4-20mA電流信號中,這兩根導線既是顯示模塊信號采集的輸入,也是其供電電源的輸入。這種結構在磁翻析液位計安裝過程中因其布線簡單、J高的可靠性和性價比、無需考慮供電和隔離等優點而深受用戶的喜愛。

 
工業上普通使用的壓力傳感器輸出值都是4-20mA的、這是常規的傳感器輸出數值、但為什么會是4-20mA而不是其它的數值輸出呢?下面跟大家介紹一下其原理。
采用電流信號的原因是不容易受干擾、并且電流源內阻無窮大,導線電阻串聯在回路中不影響精度,在普通雙絞線上可以傳輸數百米。上限取20mA是因為防爆的要求:20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃******。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線:正常工作時不會低于4mA,當傳輸線因故障斷路,環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。電流型變送器將物理量轉換成4~20mA電流輸出,必然要有外電源為其供電。
典型的是變送器需要兩根電源線,加上兩根電流輸出線,總共要接4根線,稱之為四線制變送器。
當然,電流輸出可以與電源公用一根線公用VCC或者GND,可節省一根線,稱之為三線制變送器。
其實大家可能注意到,4-20mA電流本身就可以為變送器供電。變送器在電路中相當于一個特殊的負載,特殊之處在于變送器的耗電電流在4~20mA之間根據傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線,因而被稱為兩線制變送器。工業電流環標準下限為4mA,因此只要在量程范圍內,變送器至少有4mA供電。 因此、4-20mA的信號輸出一般不容易受干擾而且放心可靠、所以工業上普遍使用的都是二線制4-20mA的電源輸出信號。
 
  目前無源二線制4-20mA顯示模塊通過磁翻析液位計信號輸出常見方案有兩種,對比說明如下:

方案一:  通過運算放大器將電流信號轉換成電壓信號,然后利用單片機的A/D單元或者專用A/D轉換IC將電壓信號轉換為數字信號,后單片機讀取A/D中的數字信號并將其顯示在LCD上。
此方案在信號轉換環節采用運算放大器及大量外圍阻容器件,影響整機的可靠性,并且受器件內部溫漂、零點漂移的影響易造成示值誤差。在A/D轉換環節,普通單片機和普通A/D轉換IC均存在位數較低轉換精度較差的缺點,影響測量的精度。
 
方案二:  磁翻析液位計測量信號經4-20mA輸出之后,通過專用二線制4-20mA信號采集單片機對電流信號進行處理。電流信號通過信號采集I/O口外一準確電阻轉化為電壓信號,然后進入具有10種放大倍率選擇的PGA單元進行放大,后進入18位全差動輸入ΣΔADC類型模數轉換單元將電壓信號轉換為數字信號并顯示在LCD上。
此方案在信號轉換環節無外圍運算放大模擬電路,所以可靠性高,不受溫漂、零點漂移的影響。在A/D轉換環節18位全差動輸入ΣΔADC類型模數轉換單元能保證數據轉換的準確性。同時此專用單片機的通用I/O口兼具普通單片機的I/O功能,較易實現通訊、顯示、控制等功能。
 
  從上述兩個方案的對比可以看出,磁翻板液位計信號輸出可以通過專用二線制4-20mA信號采集單片機對電流信號進行處理具有可靠性高、精度高、信號不受器件溫漂、零點漂移的影響等優點。此方案被越來越多的應用于RZ-UHZC磁翻板液位計、RZ-UQZ浮球液位計等各種現場顯示測控儀表中。


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