摘要: 一个简单的电路将4-20mA环路信号转换为0V到5V信号。
本设计思想描述了一个简单的电路,将4-20mA信号转换为0V至5V电压,理想的数字转换与数字转换器(ADC)。换能器的4mA电平产生0V输出,20mA电平产生5V输出。电流感测放大器产生这个0V到5V输出。此外,该电路提供了一个比较器输出,可用于检测零电流条件。
在标准过程监控设备中,4-20mA换能器的输出必须通过A/D转换器转换为适合测量的信号电压。环路中的4毫安通常被校准为被监测量的零,因此在ADC输入端应产生0V。(非零电流使系统能够从零信号条件中区分断环。)
图1中的电路使用电流感测放大器(IC1)监测环路电流,并使用比较器/参考/运算放大器(IC2)产生一个接地参考输出,其范围从4mA时的0V到满量程环路电流(20mA)时的5V。对于所示的电阻值(R2-R6), IC1在引脚8处产生的输出在4mA时约为1.25V,在20mA时为6.25V。反过来,IC2运算放大器(配置为单位增益差分放大器)产生的输出范围为0.05V至5.045V。IC2比较器可用于监控输入电压或标记预先设定的环路电流。
图1所示。该电路从4-20mA电流环路信号中获得0V-5V输出,使用的负载电阻只有10欧姆。
该电路在1%电阻下性能良好。蒙特卡罗分析表明,由于电阻失配,最坏情况下输出误差为5%,但在满量程时,不匹配元件的性能优于1%。通过补偿主导误差(在零和满量程时约+50mV的偏移误差),该电路在整个工作范围内(即从4mA到20mA)的精度优于1%。
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