3 智能4~20mA變送器

　　老式的4～20mA變送器采用一個(gè)現(xiàn)場安裝的敏感元件感測一些物理信息，例如壓力或溫度等，然后產(chǎn)生一個(gè)正比于待測物理量的電流，電流的變化范圍標(biāo)準(zhǔn)化為4～20mA。電流環(huán)具有很多優(yōu)點(diǎn)：測量信號對于噪聲不敏感;可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)端供電。第二代4～20mA變送器在遠(yuǎn)端進(jìn)行一些信號處理，通常采用微控制器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，如圖6所示。

　　這種變送器首先將信號數(shù)字化，然后采用微控制器內(nèi)置的算法進(jìn)行處理，對增益和零點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，對傳感器進(jìn)行線性化，最后再將信號轉(zhuǎn)換到模擬域，作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流通過環(huán)路傳送。第三代4~20mA變送器被稱為“靈巧且智能”，實(shí)際上是在前述功能的基礎(chǔ)上增加了數(shù)字通信(和傳統(tǒng)的4—20mA信號共用同一條雙絞線)。利用通信信道可以傳送一些控制和診斷信號。MAX1402這樣的低功耗器件對于此類應(yīng)用非常適合，250 uA的功耗可以為變送器中的其余電路節(jié)省出可觀的功率。智能變送器所采用的通信標(biāo)準(zhǔn)是Hart協(xié)議。這是一種基于Bell 202電信標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，工作于頻移鍵控方式(FSK)。數(shù)字信號由兩種頻率組成：1200Hz和2200Hz，分別對應(yīng)于數(shù)碼1和0。兩種頻率的正弦波

　　疊加在直流模擬信號上，通過同一條電纜同時(shí)傳送。因?yàn)镕SK信號的平均值總是零，因此4—20mA模擬信號不會(huì)受到影響。在不干擾模擬信號的前提下，數(shù)字通信信號具有每秒更新2—3個(gè)數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度。通信所需的最小環(huán)路阻抗是23 Ω。

　　小結(jié)

在高集成度調(diào)理系統(tǒng)出現(xiàn)之前，過程控制通常采用多個(gè)獨(dú)立的芯片實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理和處理?！?△技術(shù)降低了這部分電路的成本、空間需求和功率需求(事實(shí)上多數(shù)應(yīng)用只需要+3V/+5V單電源)。這種特性尤其適合于電池供電的便攜系統(tǒng)。元件數(shù)量的降低同時(shí)還改善了系統(tǒng)的可靠性。