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可用于磁翻板液位计远传的二线制4-20mA显示模块常见方案对比
  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。磁翻板液位计目前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。
  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,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,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***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,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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