4-20mA電流環(huán)路數(shù)據(jù)采集

最常見(jiàn)的工業(yè)測(cè)量之一是4-20 mA電流環(huán)路數(shù)據(jù)采集。電噪聲存在于大多數(shù)工業(yè)環(huán)境中，使得將傳感器/換能器輸出作為電壓進(jìn)行測(cè)量變得不切實(shí)際，尤其是在長(zhǎng)距離上。解決方案是將傳感器/換能器輸出作為電流信號(hào)（過(guò)程電流）傳輸。這是通過(guò)將電阻器（通常為 250 歐姆）與傳感器/換能器和電源串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的（圖 1）。

圖1 — 典型過(guò)程電流環(huán)路。

環(huán)路中的電流（I）與被測(cè)物理量的變化成正比。使用歐姆定律 （V = I × R）：

如果I = 4mA 4mA × 250歐姆= 1V

如果I = 20mA 20mA × 250歐姆= 5V

通常，4mA （1V）表示零電平，而20mA （5V）表示傳感器/傳感器的滿量程輸出。由于離開(kāi)電池正極的所有電流必須返回負(fù)極，因此過(guò)程電流不受外部噪聲的影響。

應(yīng)避免的危害

盡管過(guò)程電流測(cè)量很常見(jiàn)且相對(duì)簡(jiǎn)單，但您需要避免一些沙坑。

測(cè)量過(guò)程電流時(shí)，重要的是要考慮環(huán)路電源接地和數(shù)據(jù)采集設(shè)備接地之間可能存在電位差（共模電壓）。要檢查這樣的電壓，請(qǐng)?jiān)趦蓚€(gè)接地之間放置一個(gè)電壓表（圖2）。

圖 2 — 理想情況下，電源和數(shù)據(jù)采集接地之間將存在 0V。

如果存在共模電壓（交流或直流），請(qǐng)確定輸入信號(hào)和共模電壓（CMV）的總和。如果此總和超過(guò)硬件手冊(cè)中指定的設(shè)備最大額定值，則必須確定CMV的來(lái)源并在進(jìn)行任何測(cè)量之前將其消除。這可能就像將環(huán)路電源和數(shù)據(jù)采集設(shè)備插入同一個(gè)墻上插座一樣簡(jiǎn)單。

獲取過(guò)程電流數(shù)據(jù)時(shí)的另一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是測(cè)量電流環(huán)路高端的分流電阻。這樣做會(huì)使數(shù)據(jù)采集設(shè)備暴露在全電源電壓下（圖 3）。

圖 3 — 假設(shè)接地是公共的，則在電路高端的分流電阻兩端進(jìn)行測(cè)量會(huì)使數(shù)據(jù)采集器件暴露在電源電壓下。

為避免這種情況，請(qǐng)將分流電阻放在電路的低端（圖 4）。

圖 4 — 分流電阻位于電路的低端時(shí)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備只能看到電阻兩端的電壓。

這使您可以僅測(cè)量分流電阻器兩端的電壓（1-5V）。相同的原理也適用于多傳感器配置（圖 5）。

圖 5 — 正確的多傳感器過(guò)程測(cè)量連接。

審核編輯：郭婷