浅谈两线制压力变送器设计
两线制4—20mA液压变送器的设计
常， 工业 现 场都 在室 外 ， 实 时获 取 现 场 的液 压 参 数 ， 要
一
般通 过 两种 途径 ： 种是 利用 现场 总线 的方 式 ， 一 通过
时不 会低 于 ４ｍ 当传 输 线 因 故 障 断路 时 ， 路 电 流 Ａ， 环
降 为 ０ｍＡ¨ 。常取 ２ｍ ４ ｊ Ａ作 为断 线报 警值 。
测量 ， 这种 方式 简单 、 直接 ， 但不适合远距离传输 和智能化控制 。针对这一局 限性 ， 首先分析 了采 用电流远距 离传输 信号 的可行性 ，
并设计 了一种小巧 、 节能 的液压变送器 。研 究结 果表明 ， 该设计 结构简单 ， 合远距 离传输 和智 能化控 制 ， 适 减少 了人员 工作量 。传
第２ ８卷 第 ｌ ０期
２１ ０ １年 １ ０月
机
电
工
程
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ０ １ ２ ．１ ０ｃ ． ２ ｔ Ｏ１ｌ
Ｊｕｎ ｌｏ ｃ ａ ｉａ ｏ ｒａ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌ＆ ＥｌｃｒｃｌＥ ｇｎ ｅｉｇ ｅ ｔ ａ ｎ ｉｅｒｎ ｉ
两 线 制 ４— ０ｍＡ 液 压 变 送 器 的 设 计 ２
鲍康 贵 ， 会 斌 秦
（ 杭州 电子 科技 大学新 型 电子 器件 研究 所 ， 江 杭 州 ３ ０ １ ） 浙 １ ０ ８
摘要 ： 工业控 制过程 中， 常要 把模 拟液压信号转化为 可测 的电压信 号 ， 经 然后 经过换 算 。 读取液 压值 。传 统 的方 法是 以 手持 液压 计
导线 电阻串联 在 回路 中不 影 响精 度 ， 普通 双 绞线 上 在 可 以传输 数 百米 。 目前 ， 工业 上 最 广 泛 使 用 的 是 ４ ｍ ２ Ａ～ ０ｍＡ电流 来 传 输模 拟 量 。上 限取 ２ Ａ 是 因 ０ｍ 为 防爆 的要求 ，０ ｍ 的电流 通断 不足 以引燃 瓦斯 ； ２ Ａ 下 限没 有取 ０ｍ 的原 因是 为 了能 检 测 断线 。正 常 工作 Ａ
两线制变送器原理
两线制变送器原理两线制变送器是一种常用的数字信号传输方式，它是通过两根导线进行信息传输的，并采用两种不同的电压来表示“0”和“1”。
以下是关于两线制变送器原理的详细解释。
首先，两线制变送器的原理基于数字电路的基本概念，即0和1可以用不同的电压表示。
在两线制变送器中，传输的信息被编码成一系列的数字信号，每个数字信号由一段持续时间相等的电压信号组成。
两线制变送器一般使用异或门电路来实现。
异或门电路有两个输入端A和B以及一个输出端C。
当A和B的电平相同时，输出C为低电平；当A和B的电平不同时，输出C为高电平。
这种电路设计可以用来检测输入信号（比如0和1）的变化并输出相应的电平。
在两线制变送器中，我们可以将输入信号分为两个部分，即同步信号和数据信号。
同步信号用来指示数据信号的开始和结束。
在同步信号的前后，使用一种已知的特定电平表示。
通常，低电平被用作起始同步信号，而高电平被用作结束同步信号。
当输入的数据信号为“0”时，两线制变送器会输出一种特定的电压信号，例如-5V；而当输入的数据信号为“1”时，输出的电压信号为另一种特定的电压，例如+5V。
这样，接收方根据不同的电压信号确定输入的数据是“0”还是“1”。
在实际应用中，为了确保传输的准确性，两线制变送器通常还会采用一些额外的编码技术。
例如，奇偶校验位可以用来检测传输过程中是否存在错误。
在传输数据之前，发送方会计算数据中1的个数，并将结果作为一个比特位添加到数据中。
接收方在接收到数据后，会重新计算1的个数，并与发送方传输的奇偶校验位进行比较，以判断数据是否有误。
此外，为了增加传输的速度和可靠性，两线制变送器还可以采用差分编码技术。
差分编码是一种将两个连续的位之间的差异进行编码的方法。
通过编码两个连续的位，传输时只需要一种特定的电压信号表示位之间的差异，而不需要分别表示每个位的数值。
总之，两线制变送器通过设置不同的电压信号来表示不同的数字信号，并通过编码技术和校验位来增加传输的速度和准确性。
变送器的二线制
变送器的二线制，三线制，四线制在我们的日常生活和工作中，需要对各种信号进行测量比如电压、电流、温度┅┅等。
由于测量的信号是各种各样、千变万化要对这些繁多的信号进行直接的测量是不可能的，要进行测量该怎么办呢？通常的做法是：首先对于不同的信号通过不同的转换装置把它转换成标准的直流信号，标准的直流信号与测量信号成线性的比例关系，我们把这一标准直流信号称为模拟信号。
也就是变送器的输出信号，它通常是4~20mA、┅┅0~10V等。
只要对不同变送器输出的模拟信号进行测量，就可以知道不同测量信号的值。
我们把这种能够把不同信号变成标准模拟信号的转换装置称为变送器，它主要分为两大类：变换测量信号是电信号的叫电量变送器，另一类统称为非电量变送器。
变送器有输入、输出还要有工作电源也称辅助电源，对于输出和辅助电源接出、接入需要用二对四根导线，能不能保证正常运行的情况下少用一点导线呢，很多情况下是可以实现的，现分别介绍如下：二线制：变送器的输出在4～20毫安时变速器通常可以设计成输出和辅助电源共用一对线。
由于输出和辅助电源使用了两根线我们把这种输出的变送器叫住二线制变送器，变送器输出与辅助电源接线见图1。
对于二线制变送器在输入从0到满度变化的时候，流过电阻R电流是4～20毫安，由于电阻式串在电源的回路中，我们可以这样来认为：当变送器输入从0到满度变化的时候辅助电源的电流是4～20mA变化。
由于变送器对于内部的电路要消耗电源在二线制电路中该指标不得大于4mA，另外变送器的辅助电源必须是直流，否则变送器就无法保证4～20mA的正常输出。
三线制：在现实中有些变送器的变换电路比较复杂其电源的消耗往往会大于4毫安，辅助电源也会有交流供电的情况，有些输出要求从0开始如0~10V等，二线制变送器无法实现，这样就有了三线制输出的变送器，变送器的输出、电源用三根线，它们分别是电源，输出、地也就是变送器输出和电源共地，接线见图2。
四线制：上面的两种变送器辅助电源和变送器输出没有隔离，辅助电源供电过高的时候比如220伏是无法实现二线制；三线制传输的，是就只能回到刚开始的传输方式：辅助爹也用于对一些都好辅助电源用一对线，变送器输出用一对线它们之间是隔离的。
两线制压力变送器原理
两线制压力变送器原理
《两线制压力变送器原理》
嘿，今天咱来聊聊这个两线制压力变送器原理哈。
你知道吗，有一次我去工厂参观，就看到了这些神奇的玩意儿。
当时我就特别好奇，凑过去仔细瞅。
那场景，就好像我在探索一个神秘的小世界一样。
我看着那些压力变送器，就像一个个小卫士，坚守在它们的岗位上。
它们通过两根线，就这么神奇地把压力信号给传递出去啦。
我就琢磨呀，这两根线咋这么厉害呢，就跟有魔法似的。
然后我就问旁边的师傅，师傅就很耐心地给我解释，说这两线制呀，就好比是一条信息高速公路，压力信号就顺着这路快速地跑呀跑，跑到该去的地方。
我一听，哎呀，原来这么回事呀，真有意思！
这两线制压力变送器就像是个聪明的小信使，不管压力怎么变化，它都能准确无误地把消息传递出去。
而且它还特别稳定可靠，一直默默地工作着，可尽职啦。
总之呢，经过那次在工厂的观察体验，我算是对两线制压力变送器原理有了更深刻的认识啦。
以后再看到它们，我肯定会想起那次有趣的经历呢！嘿嘿，这就是我和两线制压力变送器的故事啦。
二线制变送器的制作方法
二线制变送器的制作方法二线制变送器是一种广泛应用于工业自动化掌控系统中的仪表设备，它的重要功能是将传感器所采集到的模拟量信号转换为标准的二线制信号输出给上位机进行处理。
在本文中，我们将介绍二线制变送器的制作方法，包括硬件电路设计、PCB布局及制作、软件算法实现等方面的内容。
1. 硬件电路设计二线制变送器的核心部件是模拟信号转换芯片和数字信号输出芯片。
模拟信号转换芯片通常采纳AD转换器，将传感器输出的模拟量信号转换为数字量信号，然后经过一系列运算、放大和滤波等处理，最后得到高精度、稳定的电压输出信号。
数字信号输出芯片则负责将模拟信号转换后得到的电压输出信号进行处理，生成标准的二线制信号，并通过输出端口输出到上位机中进行处理。
硬件电路设计需要考虑到信号的传输质量和稳定性，以及某些特别场合需要充足的防爆、防静电等要求。
因此，电路板的材料、电路元件的选型、布局方式等都需要认真考虑与设计。
2. PCB布局及制作PCB的设计是将电路方案转化为PCB制成图的过程，设计好的电路图文件可以通过PCB制做软件进行处理，实现PCB的布局、线路连接、元件贴装等操作。
在PCB的设计过程中，需要依据电路多而杂度、元件密度、性能要求等因素综合考虑，合理选择PCB板坯、布线策略和元件包型等参数进行设计。
制作PCB板的步骤重要分为三个部分：前期准备、制版、钻孔。
首先需要将电路板的大致外形和元器件的位置、尺寸等在软件中表示出来，绘制好板坯轮廓及元件安装孔、螺钉孔等，在制版过程中依照布线规范、器件封装、通孔类型等进行设计，尤其是需要注意天线相关领域的要求。
3. 软件算法实现为了保证二线制变送器的稳定性和牢靠性，通常需要在芯片上实现一些算法和掌控策略，以进行信号运算、滤波、放大、调整等处理。
这些算法的实现一般需要使用C语言，利用芯片自带的编译器进行编译和下载，实现芯片内部的操作。
该部分重要需要考虑到程序的安全、高效性、可扩展性等，编程工具型号有很多，通常我们可以依据需要来选择相对应的编译器或集成开发环境，例如Keil、IAR等等。
两线制无源压力变送器的三种接线方法
一、模拟量输入模块接线
1、模拟量输入模块支持各种传感器，如电压/电流以及电阻传感器，具体取决设置的测量
方法(与硬件接线及参数设置或量程模块安装有关)。
2、模拟量信号电缆：使用屏蔽双绞线电缆连接模拟量信号，这样会减少干扰。
电缆两端
的任何电位差都可能导致在屏蔽层产生等电位电流，从而产生干扰模拟信号。
为防止发生这种情况，应只将电缆一端的屏蔽层接地。
3、对于连接电流传感器接线方法如下：
电流传感器分2线式和4线式，2线式传感器接线如图1和图2所示，4线式传感器接线如图3所示。
图1~图3中的符号意思如下：
M+：测量线路（正极）；
M-：测量线路（负极）；
MANA：模拟量测量电路的参考电位；
M：接地；
L+：24VDC电源；
I+：电流输入的测量线路；
①、2线式传感器接线方式如图1
图1 2线式传感器接线
②、从模块上供电的将2线式传感器组态成4线式传感器的接线方式如图
2
图2 从L+供电的2线传感器连接到电气隔离的模拟量输入上
图2所示接线时要注意，电源电压L+从模块供电时，在STEP7中把2线传感组态 为4线传感器。
③、4
图3 4线传感器连接到电气隔离模拟量输入。
两线制4-20mA变送器的电路设计
两线制4/20mA变送器的电路设计工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
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。
最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，如图1C所示。
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。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
2.两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
二线制交流电流变送器的设计1
二线制交流电流变送器的设计1．二线制交流电流变送器的综述工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
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。
又因为在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制变送器必然是首选。
因此研究二线制电流变送器对工业生产，人们的日常生活都显得异常重要。
2．二线制变送器的特点及参数2.1二线制交流电流变送器主要特点：2.1.1二线制仪表现场不需要工作电源，利用指示仪表或DCS系统提供电源。
2.1.2输入与输出完全隔离。
2.1.3输出信号采用极性保护措施，极性正确时，指示灯亮，仪表工作；极性错误时，指示灯灭，仪表不工作。
2.1.4仪表本身无发热源，彻底解决了高温环境下普通变送器因内部发热而引发的输出信号丢失的普遍现象。
2.2二线制交流电流变送器的主要技术参数：2.2.1输入信号：0～5A AC。
2.2.2输出信号：420mA D C(二线制传输)。
2.2.3输出负载电阻：0～500Ω2.2.4精度:0.5%。
2.2.5温度系数:≤150ppm/℃。
2.2.6工作温度：-10℃～+70℃。
2.2.7隔离：输入与输出隔离。
2.2.8绝缘电阻：〉200MΩ（500V DC）.2.2.9绝缘强度：〉1000V/1分钟。
2.2.10供电电源：1）15～36V DC.2）15V，RL=0～250Ω3）24V，RL=0～500Ω4）30V，RL=0～750Ω5）36V，RL=0～1KΩ3．设计方案及其变送器的系统方框图5mA~4~20mA二线制交流变送器的系统方框（图1-1）两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA 信号为自身提供电能；V/I 变换器与 V/I 变换器是一种可以用电压信号控制输出电流的电路；两线制压力变送器设计压力桥、称重传感器输出信号微弱，都属于mV 级信号；稳定性和安全性的考虑工业环境下环境恶劣且对可靠性要求高，因此两线制变送器的设计上需要考虑一定的保护和增强稳定性措施。
两线制变送器原理
两线制变送器原理在工业自动化领域，变送器是一种用于将物理量转换为标准信号输出的设备。
其中，两线制变送器是一种常见的类型，它通过两根导线来实现信号的传输和供电。
本文将介绍两线制变送器的工作原理及其在工业自动化中的应用。
1. 变送器的基本原理变送器是一种用于将物理量转换为标准信号输出的设备，常见的物理量有压力、温度、液位等。
它的基本原理是将物理量转换为电信号，并经过放大、线性化等处理后输出。
变送器的输出信号一般采用标准的电流信号(如4-20mA)或电压信号(如0-10V)。
2. 两线制变送器的工作原理两线制变送器是一种常见的变送器类型，它通过两根导线来实现信号的传输和供电。
其工作原理如下：- 变送器的输入端接收到物理量，如温度传感器接收到温度信号。
- 输入端的信号被转换为电信号，如温度信号被转换为电压信号。
- 变送器内部的电路对输入信号进行放大、线性化等处理，以确保输出信号与输入信号之间的一定关系。
- 处理后的信号通过两根导线传输到控制室或显示装置。
- 控制室或显示装置通过对接收到的信号进行解析，得到对应的物理量。
3. 两线制变送器的优势与应用两线制变送器相比于其他类型的变送器有以下优势：- 两线制变送器只需要两根导线进行信号传输和供电，安装简便，减少了设备和线缆的成本。
- 两线制变送器在长距离传输时的信号衰减较小，传输稳定可靠。
- 两线制变送器的输出信号一般为标准的电流信号(如4-20mA)，抗干扰能力强，适用于工业环境中的长距离传输和抗干扰要求较高的场合。
两线制变送器在工业自动化中有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：- 温度变送器：将温度传感器测量到的温度转换为标准的电流信号输出，用于控制室的温度监测和控制。
- 压力变送器：将压力传感器测量到的压力转换为标准的电压信号输出，用于工业过程控制中的压力监测和控制。
- 液位变送器：将液位传感器测量到的液位转换为标准的电流信号输出，用于油罐、水池等液位监测和控制。
图解压力变送器两线制、三线制、四线制接线方式
图解压力变送器两线制、三线制、四线制接线方式两线制、三线制、四线制压力变送器接线方式首先，我们先看一下它们的定义两线制：两根线及传输电源又传输信号，也就是传感器输出的负载和电源是串联在一起的，电源是从外部引入的，和负载串联在一起来驱动负载。
三线制：三线制传感器就是电源正端和信号输出的正端分离，但它们共用一个COM端。
四线制：电源两根线，信号两根线。
电源和信号是分开工作的。
几线制的称谓，是在两线制变送器诞生后才有的。
这是电子放大器在仪表中广泛应用的结果，放大的本质就是一种能量转换过程，这就离不开供电。
因此先出现的是四线制的变送器；即两根线负责电源的供应，另外两根线负责输出被转换放大的信号（如电压、电流、等）。
但目前，很多变送器采用二线制。
下面，我们就来具体看看不同线制变送器的差异有哪些？不同线制变送器的差异一、两线制要实现两线制变送器，必须要同时满足以下条件：1. V≤Emin-ImaxRLmax变送器的输出端电压V等于规定的低电源电压减去电流在负载电阻和传输导线电阻上的压降。
2. I≤Imin变送器的正常工作电流I必须小于或等于变送器的输出电流。
3. P＜Imin(Emin-IminRLmax)变送器的小消耗功率P不能超过上式，通常＜90mW。
式中：Emin=低电源电压，对多数仪表而言Emin=24(1-5%)=22.8V，5%为24V电源允许的负向变化量；Imax=20mA；Imin=4mA；RLmax=250Ω+传输导线电阻。
如果压力变送器在设计上满足了上述的三个条件，就可实现两线制传输。
所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线，这两根电线既是电源线又是信号线。
两线制变送器由于信号起点电流为4mA DC，为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。
而且两线制还便于使用安全栅，利于安全防爆。
二线制变送器优点及其使用
二线制变送器优点及其使用一．什么是两线制电流变送器?什么是两线制?两线制有什么优点?两线制是指现场变送器与控制室仪表联系仅用两根导线，这两根线既是电源线，又是信号线。
两线制与三线制（一根正电源线，两根信号线,其中一根共GND）和四线制（两根正负电源线，两根信号线,其中一根GND）相比，两线制的优点是：1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的导线；可节省大量电缆线和安装费用；2、在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般利用双绞线就能降低干扰；两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。
3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω（取样Uout=1～5V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等而造成精度的差异，实现分散采集，分散式采集的好处就是：分散采集，集中控制....5、将4mA用于零电平，使判断开路与短路或传感器损坏0mA状态十分方便。
6,在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。
三线制和四线制变送器均不具上述优点即将被两线制变送器所取代，从国外的行业动态及变送器心片供求量即可略知一斑，电流变送器在使用时要安装在现场设备的动力线上，而以单片机为核心的监测系统则位于较远离设备现场的监控室里，两者一般相距几十到几百米甚至更远。
设备现场的环境较为恶劣，强电信号会产生各种电磁干扰，雷电感应会产生强浪涌脉冲，在这种情况下，单片机应用系统中遇到的一个棘手问题就是如何在恶劣环境下远距离可靠地传送微小信号。
两线制变送器件的出现使这个问题得到了较好地解决。
我们以DH4-20变送模块为核心设计了小型、价廉的穿孔型两线制电流变送器。
两线制4-20mA变送器的电路设计
两线制4/20mA变送器的电路设计工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
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。
最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，如图1C所示。
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。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
2.两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
一种新颖的智能两线制压力变送器
2.4 终端系统的性能与使用效果由于库仑法可以用电生滴定剂的方法滴定多余的重铬酸钾,其中滴定剂Fe2+是由工作电极电解产生的,产生后立即与被测物质重铬酸钾作用,因此滴定剂永远是“新鲜”的,不存在杂质污染而造成测量误差问题。
库仑滴定的原始标准即恒流源电流和计时器,它们不受化学性质的影响。
表1 COD实际测试结果测定次数实测COD值/mg・L-1标准COD值/mg・L-1119620021923198420851916205平均值/mg・L-1199 标准偏差/mg・L-1 6.4相对标准偏差(%) 3.2误差/mg・L-1-1相对误差(%)-0.5表1是一组对实际样品进行测定的结果。
测定样品为200mg/L的标准溶液(G BSZ50001-88),相对误差为-0.5%,表明本仪器与国标法对工业废水的测定结果无显著性差异。
3 结束语本系统充分利用现有的通信信道,通过G S M数据通信平台,以廉价的方式达到了远程控制与远程通信的目的。
监测终端以库仑法为基础测定C OD值,结果可靠、快捷,每隔15m in可向监控中心传送一次数据。
无人值守的智能监测终端不但节省了大量的人力物力,而且使监控中心可以随时获得实时数据和历史数据,这对于分析、预测和控制地区的污染都是极其重要的。
自该系统在本地区投入运行以来,给企业和地方都带来了较大的经济效益和社会效益。
参考文献1 国家环境保护局.水和废水监测分析方法.北京:中国环境科学出版社,19912 王业俊,等.水和废水技术研究.北京:中国环境科学出版社,1992 3 齐文启,等.C OD自动监视仪的研制与应用.现代科学仪器,1999(1) 教育部重点科技攻关项目。
收稿日期:2002-03-13。
第一作者冯斌,女,1956年生,1982年毕业于天津大学,硕士,副教授。
一种新颖的智能两线制压力变送器A Novel Intelligent Two Wire Pre ssure T ransmitter吴建军(北京华控技术有限责任公司技术中心重庆分部,重庆 400039)摘 要 就智能两线制压力变送器,提出了采用DC/DC效率转换的方法解决了变送器智能化的瓶颈问题,即保证输出电流为4m A时整表的正常工作。
二线制变送器电路简析
以一个二线制变送器的基本原理图来分析：
在V/I 转换电路中，OP1输出一个小电流给Q1基极I b ，在Q1的集电极有Ic 通过Re 、Rs 流回24V 电源的负极，这个电流在4mA ～20mA 之间，4 mA 以下的电流为传感器及调理电路、OP1、OP2、U1、R5等建立电路基本工作状态而消耗的电流。
当输出线路上阻抗增大或减小，即线路长短不同或不同阻抗的显示仪表变换时，引起Q1的集电极c 和发射极e 间的电阻值发生变化，相当于一个可变电阻，Rx 增大，Q1的c 极和e 极之间的电阻减小，Rx 减小，Q1的c 极和e 极之间的电阻就增大，从而导致c 、e 之间的电压随之变化，Rx 变化引起的负载压降的变化消化在Q1的c 、e 极之间的电压变化上，从而使Q1的Ic 电流不发生变化，保证了测量的精度不受影响。
理想恒流源的内阻为无限大，外电路电阻在一定范围变化时，与恒流源内阻相比，可忽略不计。
由于二线制变送器所带的负载电阻在一定范围内变化时，不会引起变送器输出电流的变化，所以可以类似认为是采用了恒流源技术。
在24V 电源电压下，4～20mA 电流的变化是调理电路输出控制的结果。
这是本人对此电路的粗略理解，不对的地方请大家指正。
Ib
e
Rx
Ic ：4～20mA ：
C。
二线制变送器的电路设计
二线制变送器的电路设计【摘要】本文通过实际的电路设计，对二线制仪表设计的重点部分，电源设计和电流环电路设计，提供了详尽的解决方案和实用电路设计，通过新型微功耗器件TLC5615/MAX409A的应用，为二线制4-20mA电流环输出电路的设计，提供一种高精度、超低功耗的设计电路。
【关键词】二线制；电源；TLC5615；MAX409A；功耗1.引言二线制仪表，是将工业现场的检测信号，如温度、压力、速度、流量等参数，转换为4-20mA的电流信号，传送到远距离外的控制室，以便于对生产过程进行控制。
由于电流信号对噪声不敏感，不易受寄生热电偶和温漂的影响，普通双绞线上可以传输几百米距离，利用250Ω取样电阻就可以将4-20mA电流信号变为1-5V的电压信号，不受传输线的电阻影响。
同时，二线制仪表符合本安防爆的要求，即24V/20mA的电流通断不足以引燃瓦斯爆炸，所以在化工、煤矿、石油天然气等领域的应用越来越广泛。
同时二线制变送器具有布线简单的特点。
由于二线制仪表，本身由电流环路供电，所以电流环仅能提供4mA以下的电流为仪表供电，所以对仪表的功耗提出苛刻要求，不能采用常规的方法进行电路设计，为设计人员带来了困难，如何能设计出高性能、高精度的二线制智能仪表，是目前国内许多厂家迫切需要解决的问题。
本文对二线制仪表通用的电源设计和电流环电路设计，进行了详尽的理论分析，结合多年的工业现场的实际应用，提供了简洁实用的应用电路，采用此电路设计生产的二线制超声波物位计，经多家工业现场实际验证，性能稳定，产品输出电流精度满足设计要求。
2.二线制变送器系统方框图如图1所示，4-20mA电流环路输入的24V电压，经过电源单元转换为5V 精密电源，为整个系统供电。
主控单元控制超声波的发射和回波信号处理，然后将处理的测量数据，通过D/A和V/I转换单元，输出4-20mA电流，接收端通过负载电阻（250欧姆）取出电压信号，同时与电流环24V电源地相连构成回路。
4-20mA二线制变送器设计-推荐下载
两线制4/20mA变送器的电路设计两线制4/20mA变送器的电路设计工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
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。
最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，如图1C所示。
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。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
2. 两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
二线制变送器的电路设计
李君安(丹东东方测控技术股份有限公司,辽宁丹东118000)1二线制变送器系统方框图图1所示,为二线制超声波测距系统方框图,4~20m A电流环路输入的15~24V电压,经过电源模块转换为3.3V精密电源,为整个系统供电。
主控模块控制超声波的发射和回波信号处理,然后将处理的数据,通过V/I电流输出模块,输出4~20mA电流,接收端通过负载电阻(250欧姆)取出电压信号,同时与电流环24V电源相连构成回路。
主控芯片选用超低功耗的MS P430微处理器,其工作电源 1.8~3.6V,64K S RAM,12位ADC,I/O端口74个,4个16位定时计数器,强大的外设接口,能够满足超声波测量系统需求。
2二线制变送器电源设计理论分析二线制仪表的原理是利用了4~20m A信号为自身提供电能。
如果仪表自身耗电大于4mA,那么将不可能输出下限4m A值。
因此一般要求二线制仪表自身耗电(包括传感器在内的全部电路)小于4m A。
(1)电压条件:在仪表电流环路中,一般取样电阻R=250Ω。
当电流I=4~20m A变化时,取样电压为U=1~5V之间变化。
考虑到可能会串接其他仪表,以及传输电缆的阻抗,线路阻抗R的最大值可取350Ω,因此在20m A时,仪表两端电压为(24V-20m A×350Ω)=17V。
4mA时,仪表两端电压为(24V-4m A×350Ω)=22.6V。
所以仪表的工作电压不能大于17V。
(2)电流条件:仪表中总功耗电流要小于4mA。
(3)功率条件:20m A时电流环提供的功率最大:P=20mA×17V=340m W。
4m A时电流环提供的功率最小:P=4m A×22.6V=90.4mW。
所以仪表消耗的功率不能大于90.4m W。
3变送器电源模块设计电路设计的关键是降低电源电压转换的功耗,转换效率要高,静态电流要小。
由于低功耗CP U控制芯片的常用供电电压为3.3V,所以需要将电流环的17~22.6V电压,降压处理,有两种方法。
两线制压力变送器设计(4-20mA原理)x.doc
两线制压力变送器设计2008-01-24 14:27分类：字号：小开篇: 认识两线制传感器工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
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。
最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，如图1C所示。
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。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
2.两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
两线制pHOP变送器设备工艺原理
两线制pHOP变送器设备工艺原理概述pHOP变送器是一种用于测量液体pH值的设备，可应用于工业、医疗、环保等多个领域。
该设备采用两线制工艺，具有精度高、稳定性好、安装简便等优点。
工艺原理pHOP变送器工艺原理主要由以下三个部分组成：pH电极、运算放大器、稳定电源。
pH电极pH电极是变送器中最关键的部分之一，其工作原理是将物质的酸碱性质转化为电信号，再由设备进行处理和输出。
该电极由一根细的玻璃管和一根玻璃棒组成，内填有电解质溶液和参比电极。
当电极浸泡在含有酸碱物质的溶液中时，电解质发生反应，产生一定的电势差。
该电势差与pH值呈反比例关系，即pH值越低，电势差越大。
pH电极可以通过线路与运算放大器连接，将电势差转化为电流信号输出。
运算放大器运算放大器是一种模拟电路，用于增大信号的幅度和稳定信号的质量，从而使pH信号能够正常输出。
其主要工作原理是将传感器输出的微弱信号经特定的电路增幅和滤波，再转换为标准的电流信号输出。
该部分的电路设计和构造对设备的精度和稳定性有很大的影响。
稳定电源稳定电源是变送器中的电源转换部分，其主要作用是将输入的电流信号转换为标准化的电压信号，并通过线路输出到检测仪表上。
其设计需要满足高精度、低电磁干扰、稳定性好等多个指标，以保证设备正常工作。
两线制工艺的优点与传统的三线制工艺相比，两线制工艺具有以下几个明显优点：安装简便两线制工艺不需要额外的供电线路和接收线路，只需要将变送器的两条导线连接到控制器的输入端即可，安装非常方便。
精度高两线制工艺的传输信号稳定性好，能够有效减少信号传输中的干扰，从而提高设备的精度和灵敏度。
稳定性好两线制工艺将变送器与控制器串联在同一电路内部，因此不会受到外部干扰的影响，能够保持设备的稳定性，保证测量结果的精度。
结语两线制pHOP变送器设备是当前液体pH测量领域内的一种重要设备，其采用的两线制工艺具有安装简便、精度高、稳定性好等多个优点，能够满足工业、医疗、环保等多个领域的实际需求。
两线制压力变送器设计
开篇: 认识两线制传感器工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
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。
最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，如图1C所示。
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。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
2.两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
这是两线制变送器的设计根本原则之一。
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两线制压力变送器设计
一开篇: 认识两线制传感器
工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
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。
最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，如图1C所示。
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。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元～因此在应用中两线制传感器必然是首选。
图1
二两线制变送器的结构与原理
两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电(包括传感器在内的全部电路)不大于3.5mA。
这是两线制变送器的设计根本原则之一。
从整体结构上来看，两线制变送器由三大部分组成:传感器、调理电路、两线制V/I变换器构成。
传感器将温度、压力等物理量转化为电参量，调理电路将传感器输出的微弱或非线性的电信号进行放大、调理、转化为线性的电压输出。
两线制V/I变换电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流;同时从环路上获得电压并稳压，供调理电路和传感器使用。
除了V/I变换电路之外，电路中每个部分都有其自身的耗电电流，两线制变送器的核心设计思想是将所有的电流都包括在V/I变换的反馈环路内。
如图，采样电阻Rs串联在电路的低端，所有的电流都将通过Rs流回到电源负极。
从Rs上取到的反馈信号，包含了所有电路的耗电。
在两线制变送器中，所有的电路总功耗不能大于3.5mA，因此电路的低功耗成为主要的设计难点。
下面将逐一分析各个部分电路的原理与设计要点。
图2
三两线制V/I变换器
V/I 变换器是一种可以用电压信号控制输出电流的电路。
两线制V/I变换器与一般V/I变换电路不同点在:电压信号不是直接控制输出电流，而是控制整个电路自身耗电电流。
同时，还要从电流环路上提取稳定的电压为调理电路和传感器供电。
附图是两线制V/I变换电路的基本原理图:
图3
图3中OP1、Q1、R1、R2、Rs构成了V/I变换器。
分析负反馈过程:若A点因为某种原因高于0V，则运放OP1输出升高，Re两端电压升高，通过Re的电流变大。
相当于整体耗电变大，通过采样电阻Rs的电流也变大，B点电压变低(负更多)。
结果是通过R2将A点电压拉下来。
反之，若A点因某种原因低于0V，也会被负反馈抬高回0V。
总之，负反馈的结果是运放OP1虚短，A点电压,0V。
下面分析Vo对总耗电的控制原理:
假设调理电路输出电压为Vo，则流过R1的电流
I1=Vo/R1
运放输入端不可能吸收电流，则I1全部流过R2，那么B点电压
VB= -I1*R2 = -Vo*R2/R1
取R1=R2时，有VB=-Vo
电源负和整个便送器电路之间只有Rs、R2两个电阻，因此所有的电流都流过Rs和R2。
R2上端是虚地(0V)，Rs上端是GND。
因此R2、Rs两端电压完全一样,都等于VB 。
相当于Rs与 R2并联作为电流采样电阻。
因此电路总电流: Is=Vo/(Rs//R2)
如果取R2>>Rs，Is=Vo/Rs
因此，图3中取Rs=100欧，当调理电路输出0.4~2V的时候，总耗电电流
4~20mA.
若不能满足R2>>Rs也没关系，Rs与 R2并联(Rs//R2)是个固定值，Is与Vo仍然是线性关系，误差比例系数在校准时可以消除。
除了电路正确以外，该电路正常工作还需要2个条件:首先要自身耗电尽量小，省下的电流还要供给调理电路以及变送器。
其次要求运放能够单电源工作，即在没有负电源情况下，输入端仍能够接受0V输入，并能正常工作。
LM358/324是最常见也是价格最低的单电源运放，耗电400uA/每运放，基本可以接受。
单电源供电时，输入端从-0.3V~Vcc-1.5V范围内都能正常工作。
如果换成OP07等精密放大器，因为输入不允许低至0V，在该电路中反而无法工作。
R5和U1构成基准源，产生2.5V稳定的基准电压。
LM385是低成本的微功耗基准，20uA以上即可工作，手册上给出的曲线在100uA附近最平坦，所以通过R5控制电流100uA左右。
OP2构成一个同向放大器，将基准放大，向调理电路及传感器供电。
因为宽输入电压、低功耗的稳压器稀少，成本高;将基准放大作为稳压电源是一个廉价的方案。
该部分电路也可以选择现成的集成电路。
比如XTR115/116/105等，精度和稳定性比自制的好，自身功耗也更低(意味着能留更多电流给调理电路，调理部分更容易设计)。
但成本比上述方案高10倍以上.
四两线制压力变送器设计
压力桥、称重传感器输出信号微弱，都属于mV级信号。
这一类小信号一般都要求用差动放大器对其进行第一级放大。
一般选用低失调、低温飘的差动放大器。
另外在两线制应用中，低功耗也是必需的。
AD623是常用的低功耗精密差动放大器，常用在差分输出前级的放大。
AD623失调最大200uV，温飘1uV/度，在一般压力变送应用保证了精度足够。
R0将0.4V叠加在AD623的REF脚(5脚)上，在压力=0情况下通过调整R0使输出4mA，再调整RG输出20.00mA，完成校准。
电路设计时需注意，压力桥传感器相当于一个千欧级的电阻，耗电一般比较大。
适当降低压力桥的激励电压可以减小耗电电流。
但是输出幅度也随之下降，需要提高AD623的增益。
图6给出的传感器采用恒压供电，实际应用中大部分半导体压力传感器需要恒流供电才能获得较好的温度特性，可以用一个运放构成恒流源为其提供激励。
图4
五稳定性和安全性的考虑。