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1、传感器电流输出信号的处理 电流信号在传输中具有抗干扰能力强、传输距离远等优点， 被广泛应用。目前，传感器 24V 供电、4-20mA 电流输出，已经成为一种工业标准。传感器的电流输出方式有两线制（传感器用两根导线对外连接）、三 线制（传感器用三根导线对外连接）、四线制（传感器用四根导线对外接）。它们具有各自的特点，如果 使用不当，会影响其功能，甚至不能正常工作。本文对它们的原理作出一些介绍，以便用户对传感器作出 正确地选型和使用。( 关键词传输 ; 两线制；三线制；四线制) 1 传输原理及技术指标 1.1 传输原理 1.1.1 终端连接 对于电流输出的传感器 ,在终端要把它变换成电压信号才能使
2、用。如图1 所示。 在图中 1 中 Rr 为负载电阻 ,它的大小决定转换成电压的大小,通常取值 250, 把传感器输出的4-20mA电流转换成对应的1-5V 电压。 在实际使用中， 测控设备也有内阻，多少会产生一些分流。因此，Is 不是完全流经 Rr。一般情 况下，测控设备的内阻都很大，几乎不产生分流，Rr 可按常规取值。在个别测 控设备内阻较小的情况下， 可适当提高 Rr 的取值，以达到转换相应电压的要求。 有些终端模块有电流输入接口（转换电阻Rr 在模块内部）。使用时，可把 电流信号直接接入模块。如图2 所示。由上所述 ,在电流传输的终端接法中，有 外置电阻和内置电阻两种接法。在以后解说中
3、， 如无特殊说明， 均以外置电阻为 例。 1.1.2 与电压输出传感器的比较 图 3 和图 4 是电流输出传感器和电压输出传感器的应用原理图。图中的传 感头和变送器合称为传感器。 由两图相比可以看出， 电流输出的传感器在变送器 内部多一个电压 -电流转换器， 在接收终端多了一个电流 -电压转换器。 这么做主 要是为了把电压传输变为电流传输。因为电流传输比电压传输有很多优点。下面 对电流传输和电压传输作出分析。 电压输出的传感器和三线制电流输出的传感器可以共同建立图5 的传输电 路模型。 图中: Ro- 传感器输出内阻 Rs- 输出导线电阻 Rr- 负载电阻 Rd- 地线电阻 Uo- 传感器输出
4、电压 Us-Rs 上的压降 Ur-Rr 上的压降 Ud-Rd 上的压降 Ig- 传感器的工作电流 Is- 传感器的输出电流 可以看出 Ur 就是检测设备获取的电压 ,根据回路原理可以建立公式(1) 。 下面就根据图 5 和公式（ 1）来分析电压和电流的传输特性。 Ur=Uo-Us+Ud (1) 对于电压输出的传感器 ,内阻 Ro 为零，这时把 Uo 看作一个恒压源。公式 (1) 中的 Us 项对输出电压产生衰减 ,这种衰减与电压信号成正比,是一种灵敏度 干扰,如图 6 所示。 公式(1) 中的 Ud 项与传感器的工作电流Ig 有关，在传感器的全量程内Ig 几乎不变，而且当传感器内部有震荡电路时
5、，Ig 还含有交流分量。因此， Ud 对 输出电压产生的是一种具有交流分量的零点干扰,如图 7 所示。由此可见，电压 输出的传感器在传输中有灵敏度干扰和零点干扰。 对于电流输出的传感器，内阻Ro 为无穷大，把 Uo 看作一个恒流源。这时 Ur 等于 Is*Rr 。也就是说， Ur 只与传感器的输出电流和负载电阻有关,而与其 它因素无关。 对于恒流源来说，Uo 是随着外界的变动而变化的。 对于公式（1） 中的 Us 产生衰减时， Uo 会提高一个同样的Us 值进行抵消而保持公式（ 1）成 立。同理对 Ud 项也是如此。由此可见，电流输出的传感器在传输中没有灵敏度 和零点干扰，具有很高的稳定性。