在詳細(xì)分析設(shè)計重點、難點和技術(shù)關(guān)鍵的基礎(chǔ)上，設(shè)計了二線制4—20mA變送器的實用電路。它具有電路簡單、功耗低、抗干擾能力強等特點，可以實現(xiàn)4—20mA變送器的基本功能。

　　二線制變送器：變送器是把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀?a target='_blank' class='arckwlink_none'>控制器識別的信號的轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場，可以遠(yuǎn)距離測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等。二線制傳輸方式中，供電電源、負(fù)載電阻、變送器是串聯(lián)的，即二根導(dǎo)線同時傳送變送器所需的電源和輸出電流信號，既是電源線，又是信號線。在工業(yè)現(xiàn)場，用一個來完成信號的調(diào)理并進行長線傳輸，存在傳輸線會受到噪聲的干擾、分布電阻會產(chǎn)生電壓降等問題。為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，工業(yè)上最廣泛采用的是用 4—20mA電流來傳輸模擬量。工業(yè)4～20mA的電流環(huán)是用20mA表示信號的滿刻度，用4mA表示零信號，而低于4n認(rèn)高于20tnA的信號用于各種故障的報警。

　　二線制的優(yōu)點：

　　1）不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響，可用非常便宜的更細(xì)的導(dǎo)線，可節(jié)省大量電纜線和安裝費用；

　　2）在電流源輸出電阻足夠大時，經(jīng)磁場耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會產(chǎn)生顯著影響，因為干擾源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能降低干擾；

　　3）電容性干擾會導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對于4～20mA二線制環(huán)路，接收器電阻通常為250Q， （取樣uout=1—5V）這個電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長度比電壓遙測系統(tǒng)更長更遠(yuǎn)；

　　4）各個單臺示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接，不因電線長度的不等而造成精度的差異，可以實現(xiàn)分散采集，集中控制；

　　5）將4mA用于零電平，使判斷開路與短路或傳感器損壞（0InA狀態(tài)）十分方便；

　　6）在兩線輸出口非常容易增設(shè)一兩只防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。

　　二線制變送器電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，這使得二線制變送器的設(shè)計成為可能。基于以上優(yōu)點，二線制變送器將有廣泛的應(yīng)用前景。

　　圖1為二線制變送器的結(jié)構(gòu)。從整體結(jié)構(gòu)上來看，二線制變送器由三大部分組成：傳感器、調(diào)理電路、二線制V／I變換器構(gòu)成。傳感器將溫度、壓力等非電物理量轉(zhuǎn)化為電參量；調(diào)理電路將傳感器輸出的微弱或非線性的電信號進行放大、調(diào)理、轉(zhuǎn)化為線性的電壓輸出。二線制V／I變換電路根據(jù)信號調(diào)理電路的輸出控制總體耗電電流，同時從環(huán)路上獲得電壓并穩(wěn)壓，供調(diào)理電路和傳感器使用。

　　二線制變送器的原理是利用了4—20mA信號為自身提供電能。如果變送器自身耗電大于4rnA，那么將不可能輸出下限4mA值。除了v／I變換電路之外，電路中每個部分都有其自身的耗電電流，二線制變送器的核心設(shè)計思想是將所有的電流都包括在v／I變換的反饋環(huán)路內(nèi)。如圖1所示，采樣電阻 Rs串聯(lián)在電路的低端，所有的電流都將通過風(fēng)流回到電源負(fù)極。從Rs上取到的反饋信號，包含了所有電路的耗電。在二線制變送器中，所有的電路總功耗不能大于3．5rnA，這是二線制變送器的設(shè)計根本原則之一。因此電路的低功耗成為主要的設(shè)計難點。