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摘要：二線制4～20mA模擬串口環(huán)路作為電流遙測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以其眾多優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，本文介紹的DH4～20型DH4～20mA模擬串口模塊與無(wú)源交流隔離傳感器的組合，不但解決了交流電流電壓信號(hào)的二線制4～20mA環(huán)路遙測(cè)問(wèn)題，而且成本低，性價(jià)比高。本文簡(jiǎn)要介紹了這種模塊的應(yīng)用與測(cè)試，供讀者選用參考。
概述：標(biāo)準(zhǔn)化的模擬信號(hào)電流值為4～20mA的環(huán)路在發(fā)送數(shù)據(jù)以及控制那些易于以這一標(biāo)準(zhǔn)接受指令的某些執(zhí)行器的過(guò)程中有廣泛的應(yīng)用。
在國(guó)際上已做為模擬信號(hào)中的電流遙測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在利用兩根導(dǎo)線的電流遙測(cè)電路中，工作電源與示讀裝置，包括傳感器和發(fā)送導(dǎo)線的任何其他電阻都是相串聯(lián)在環(huán)路內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)：
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；
2、在電流源輸出電阻足夠大時(shí)，經(jīng)磁場(chǎng)耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，因?yàn)楦蓴_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(huì)導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對(duì)于4～20mA環(huán)路，接收器電阻通常為250Ω（取樣Uout=1～5V）這個(gè)電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線長(zhǎng)度比電壓遙測(cè)系統(tǒng)更長(zhǎng)更遠(yuǎn)；
4、各個(gè)單臺(tái)示讀裝置或記錄裝置可以在電線長(zhǎng)度不等的不同通道間進(jìn)行換接，不因電線長(zhǎng)度的不等造成精度的差異；
5、將4mA用于零電平，使判斷開(kāi)路或傳感器損壞十分方便（0mA狀態(tài)）；
6,在兩線輸出口容易增設(shè)防浪涌,防雷器件,有利于安全防爆。
DH4～20mA模擬串口模塊是是中科方舟公司采用意法半導(dǎo)體（ST）ASIC芯片為實(shí)現(xiàn)無(wú)源交流隔離傳感器（互感原理）的二線制電流遙測(cè)技術(shù)手段而定型生產(chǎn)的單片模塊產(chǎn)品。無(wú)源交流隔離傳感器輸入的電流信號(hào)經(jīng)整流濾波和I/V轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)隨I1線性變化的直流電壓信號(hào)U2，U2作為浮地壓控信號(hào)控制該模塊輸出4～20mA的電流環(huán)路（如圖1所示）。
該模塊實(shí)現(xiàn)了無(wú)源交流隔離傳感器信號(hào)變換為兩根連接線路發(fā)送的呈比例的環(huán)路電流，接受器通過(guò)測(cè)量已知電阻RL兩端的壓降對(duì)環(huán)路電流進(jìn)行檢測(cè)（如圖2所示）
主要技術(shù)指標(biāo)：
(1)額定環(huán)路電流：DC4-20mA（靜態(tài)、滿程可調(diào)節(jié)）
(2)額定控制端電壓：DC0-5V±10%（靜態(tài)、滿程可調(diào)節(jié)）
(3)額定工作電壓：+24V±20%
(4)控制端輸入電流：≤100uA
(5)電源功耗：靜態(tài)4mA，動(dòng)態(tài)時(shí)相等與環(huán)路電流20mA
(6)非線性失真：0.1%FS
(7)輸出電流溫漂：≤50ppm/℃
(8)靜態(tài)零電平：（4mA） 調(diào)節(jié)范圍：4mA±25%（3mA-5mA）
(10)最小工作電壓：15V
(11)極限工作電壓：≤35V
(12)輸出電流保護(hù)：內(nèi)部限制（TVS能力：24A，20us）
(13)接入保護(hù)：電源反接保護(hù) （需外接1N4007二極管）
(14)工作溫度： -40℃-80℃
(15)貯存溫度： -50℃-100℃
外形照片：
最大負(fù)載電阻與工作電壓之間的關(guān)系：
為使電路正常工作，最大負(fù)載電阻RLmax即二根導(dǎo)線銅阻加RL（通常為了取得1～5V取樣電壓，選擇250Ω/0.5W電阻）不能超過(guò)下式：RLmax≤（VCC-10V）/20mA
典型電路試驗(yàn)：
�、買/V轉(zhuǎn)換電阻R*計(jì)算：已知U2=0.9I2R*=0.9（I2/N2）R*，R*=U2/0.9I2
例：知CT的I2=0.1A R*=（6-7V）/0.9I2=66-77Ω，電阻消耗約0.6～0.7W，選功耗大于4倍，為2～3W功率的電阻。
�、陔娐氛{(diào)試：當(dāng)I1為零時(shí)，調(diào)RP2使IOUT等于4.000mA，當(dāng)I1為滿值時(shí)，調(diào)RP1使IOUT為20.000mA。
DH4-20測(cè)試電路：
�、�.靜態(tài)零電平4mA調(diào)節(jié)范圍
測(cè)試條件：VCC=24V UIN=0V（靜態(tài)）
步驟：改變RP1使UIN=0V，改變RP2觀察IOUT的最大值和最小值。
IOUT 實(shí)測(cè)值（mA）
RP2↓ 最小值3mA±0.3mA 2.790
RP2↑ 最大值5mA±0.3mA 4.838
�、�.UIN-IOUT線性測(cè)試
測(cè)試條件：VCC=24V RL=700Ω
步驟：1.將RP1調(diào)至UIN=0V
2將RP2調(diào)至IOUT=4.000mA
3.改變RP1從0～5V的UIN電位
UIN （V） IOUT（mA） 實(shí)測(cè)值（mA）
0 4.000 4.002
1.250 8.000 7.997
2.500 12.000 11.998
3.750 16.000 16.003
5.000 20.000 20.008
�、�.RL-VCC最大負(fù)載電阻與工作電壓之間的關(guān)系
測(cè)試條件：在上述②的測(cè)試條件UIN=5V，IOUT=20mA恒定狀態(tài)下
步驟：改變以下RL與VCC的對(duì)應(yīng)關(guān)系，觀察IOUT=20mA恒定狀態(tài)
RL（KΩ） VCC（V） 實(shí)測(cè)值（mA）
0 10 20.003
0.1 12 20.003
0.2 14 20.005
0.3 16 20.005
0.4 18 20.005
0.5 20 20.005
0.6 22 20.005
0.7 24 20.005
0.8 26 20.010
0.9 28 20.010
1.0 30 20.010
1.1 32 20.010
④.滿值20mA的恒流測(cè)試
測(cè)試條件：VCC=24V IOUT=20.000mA
步驟：在上述條件下，改變RL從0～0.7KΩ，觀察滿值20的恒定狀態(tài)
RL（KΩ） IOUT實(shí)測(cè)值（mA）
0 20.021
0.1 20.020
0.2 20.019
0.3 20.017
0.4 20.016
0.5 20.015
0.6 20.014
0.7 20.013
無(wú)源交流隔離傳感器與DH4～20mA模擬串口模塊應(yīng)用實(shí)例
輸出4～20mAdc二線制遠(yuǎn)程遙測(cè)變送器電路
霍爾直流電流變送器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)
霍爾直流電流變送器電路原理圖
推薦采用兩根雙絞線的遠(yuǎn)程DA/AD信號(hào)傳輸系統(tǒng)低成本方案
采用兩根雙絞線的遠(yuǎn)程DA/AD信號(hào)傳輸系統(tǒng)低成本方案(附２張圖紙） DH4-20每只8元,也就是每路成本8元,傳輸每米用兩根雙絞線比用屏蔽線又節(jié)省1元錢...... 遠(yuǎn)程DA/AD信號(hào)傳輸傳輸距離：當(dāng)DC+24V時(shí),兩根雙絞線的總銅阻不大于450歐姆（因雙絞線的截面決定總銅阻）時(shí)，保證終端250歐姆上有1-5V的信號(hào)電壓。
交流電流變送器制作圖紙
二線制4～20mA模擬恒流環(huán)路信號(hào)發(fā)生器制作
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