电流传感器输出电流信号-损耗降低37%-[韦克威]

在现代工业控制系统中，4-20ma电流传感器器仍然是现场控制中心和传感器/执行器之间传输数据的最常用方法之一。这是因为它们易于使用、安装和维护。电流传感器输出电流信号的历史始于气动信号用于控制执行机构并代表早期工业自动化场所的比例控制[1]。典型的压力水平为3 PSI–15 PSI，其中3 PSI代表零刻度输入/输出，15 PSI代表满刻度输入/输出。如果气动管路破裂，压力将降至0 PSI，这表示需要解决的故障状况。一旦电子设备成为普通的气动线路就被放大器、晶体管和其他分立电子元件产生的4-20毫安电流回路所取代。

你可能会问，“为什么要用电流环？“好吧，基尔霍尔定律指出电流在闭环中是恒定的。不管电流在回路中有多大的距离，电流都是恒定的。当然，这需要足够的回路电压来维持欧姆定律。与气动系统类似，导线断开或断开会导致回路电流为0 mA，或必须解决的“零死”故障状态。此外，电流回路往往相对容易保护免受电气瞬变的损害，并且对射频干扰（RFI）或电磁干扰（EMI）干扰具有固有的弹性[2]。

最常见的4-20 mA变送器类型为2线拓扑结构，或2线传感器变送器（图1）。

简化的2线4-20毫安传感器变送器，带2线模拟输入模块

双线传感器变送器用于将物理参数从现场传输回模拟输入模块进行处理和控制。示例包括压力、位置、温度、液位、应变、负载、流量、成分/污染。顾名思义，这种发射机只有两根电线。因此，传感器从传输4-20毫安信号的同一两根导线上接收电力，从而确定了双线4-20毫安变送器的主要设计要求之一。传感器、传感器调节电路和4-20 mA传输电路消耗的工作电流必须小于4 mA，否则变送器无法输出4 mA零刻度电平[3]。

请注意，VLOOP GND不是提供给2线传感器变送器的两个连接之一。因此，变送器必须建立本地接地（GND）或2线GND。当发射机输出电流改变接收机回路（RTN）连接处的电压时，2线GND必须相对于VLOOP GND上下浮动[3]。如果传感器可以电连接到相对于VLOOP GND的电压电位，则需要隔离。这种情况在热电偶传感器变送器中很常见，因为热电偶通常与测量温度的材料同时发生热短路和电短路。

2线制变送器只有一种可能的隔离拓扑：输入隔离2线制变送器（图2）。输入隔离2线变送器从回路电源产生局部隔离电源，该回路为传感器、传感器调节电路和隔离信方法供电。脉冲宽度调制（PWM）、单线或串行外设接口（SPI）信号的数字隔离是通过隔离栅向变送器输出级传输数据的最常用方法。如前所述，2线传感器变送器受到限制，主要是因为整个传感器变送器的功耗必须小于4 mA。这就阻止了许多传感器类型的使用，包括低电阻电桥（如100Ω、120Ω、350Ω），而不限制电桥电流，这会降低电桥的灵敏度和精度。3线传感器-变送器拓扑结构（图3）支持要求大于4 mA工作电流的传感器-变送器设计。

三线传感器变送器接收来自3线模拟输入模块的电源和接地连接，以支持传感器和调节电路的电源要求。这使得传感器功率在不影响传感器输出范围的情况下尽可能高（同时保持欧姆定律）。这也使3线变送器能够产生0-20毫安和0-24毫安输出，这是其他常见的输出电流范围。也可使用三线传感器变送器。