Интерфейс "токовая петля"

January 24, 2011 by admin Комментировать »

Основная область применения – передача аналоговых сигналов на расстояние до десятков метров (рис. 1.1). При передаче стандартных токовых сигналов, например 4-20 мА, меньше влияние помех и параметров линий связи. Этот интерфейс широко применяется в различных аналоговых датчиках (давления, температуры и т. п.). Ненулевое начальное значение токового сигнала (i(X)=4 мА при X=0, см. график на рис. 1.1) используется для контроля работы интерфейса: ток  менее 4мА – признак неисправности.

Рис. 1.1. Аналоговый интерфейс "токовая петля"

В приемниках интерфейса токовые сигналы обычно преобразуются в напряжения (преобразователи ток-напряжение) для дальнейшего преобразования в цифровой формат (рис. 1.1). Необходимо учитывать, что входное сопротивление приемника (R^, рис. 1.1) не должно превышать определенной максимальной величины. Чем меньше величина Rвх, тем меньше погрешно- 8 сти, связанные с передачей сигнала по линии связи. Погрешности преобразования, определяемые параметрами элементов приемника, должны минимизироваться применением прецизионных компонентов. Кроме аналогового токового сигнала интерфейс не содержит каких-либо других средств обмена данными.

Дополнительные функции можно реализовать применением цифровых коммуникационных средств. Например, протокол HART в дополнение к токовому аналоговому сигналу позволяет передавать поток цифровых данных для выполнения функций управления. Протокол HART реализован в устройствах децентрализованной периферии ET200iS SIMATIC (Siemens). К аналоговому сигналу "токовой петли" 4-20 мА для передачи цифровых данных добавляются двухчастотные токовые сигналы ("1" – 1200 Гц, "0" – 2200 Гц, амплитуда переменного тока 0,5 мА) с нулевой постоянной составляющей. Применением фильтров сигналы можно разделить, обеспечивая их полную независимость. В "интеллектуальных" периферийных модулях кроме передачи аналогового сигнала протокол HART позволяет обеспечить выполнение стандартных дополнительных функций: управление параметрами и режимами, диагностика, отображение информации о параметрах и режимах и т.п.

Несмотря на ограниченные возможности, области применения интерфейса остаются достаточно широкими, так как существует большое число датчиков – преобразователей различных физических величин в аналоговые электрические сигналы. Для построения средств передачи и преобразования аналоговых сигналов по интерфейсу "токовая петля" многие ведущие фирмы выпускают специальные интегральные микросхемы. Применение этих интегральных микросхем существенно упрощает решение всех задач, связанных с преобразованием аналоговых сигналов. Эти микросхемы позволяют создавать не только приемопередатчики токовых сигналов, но и прецизионные преобразователи сигналов для датчиков различных типов.

В таблице 1.1 приведен перечень микросхем для построения интерфейса "токовая петля", выпускаемых фирмой Texas Instruments (TI). Эта информация, также как и последующие примеры применения этих микросхем, подготовлены на основе информационных материалов фирмы TI [www.ti.com].

 

device Name

I) г l ip til» II

Full Scale Input Range

Output (max) (mA)

Output (min) <mA)

Span Error

(max) (%)

Non- Linearity (max) (%)

Offset Veltage 0 (max) (uY)

Offset Voltage Drift 0 (max) (uV/Degrees Celsius)

Output Zero

Error 0 (max) (uA)

CMRR, 60Hi (min) (dB)

Vs (max)

(У)

Vs (min)

(Y)

RCV420

Precision 4mA to 20mA Current Loop Receiver

420mA

 

 

 

0.002

1000

25

 

86

36

11.4

XTR101

Precision, Low Drift 4-20mA Two-Wire Transmitter

 

20

4

5

0.01

30

0.75

30

SO

40

11.6

XTR105

4-20mA Current Transmitter with Sensor Excitation and Linearisation

5mVto IV

20

4

02

0.01

25

1.5

25

86

36

7.5

XTR106

4-20mA Current Transmitter with Bridge Excitation And Linearisation

5mVto IV

20

4

0.2

0.01

25

1.5

25

86

36

7.5

XTR108

4-20mA ‘Smart’ Programmable Transmitter

imVto 320mV

20

4

 

 

50

0.1

 

SO

 

4.5

XTR110

Pre cision V oltage-T o-Current С onverter/Transmitter

0 to 10V

 

 

0.2

0.025

 

 

16

 

40

13.5

XTR112

4-20mA Current Transmitters with Sensor Excitation and Linearization

imVto IV

20

4

0.2

0.01

25

1.5

25

86

36

7.5

XTR114

4-20mA Current Transmitters with Sensor Excitation and Linearisation

5mVto IV

20

4

0.2

0.01

25

1.5

25

86

36

7.5

XTR115

4-20mA Current Loop Transmitters

200uA

20

4

0.2

0.01

 

 

25

 

36

7.5

XTR116

4-20mA Current Loop Transmitters

200uA

20

4

0.2

0.01

 

 

25

 

36

7.5

 

Микросхема RCV420 является приемником токового сигнала, на рис. 1.2 приведена ее структурная схема. Помимо приемника, выполненного на операционном усилителе и прецизионных резисторах, микросхема содержит

прецизионный источник опорного напряжения 10 В.

Рис. 1.2. Структурная схема RCV420

Пример включения RCV420 в качестве преобразователя тока 4-20мА в напряжение 0-5В приведен на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Преобразователь сигнала 4-20 мА в 0-5 В

Для получения инверсной зависимости (4-20 мА в 5-0 В) применяется схема включения, показанная на рис. 1.4. В этой схеме напряжение внутреннего опорного источника (10 В) через внешний прецизионный делитель (12 кОм, 20 кОм) и дополнительный операционный усилитель OPA237 суммируется с поступающим входным сигналом. Это обеспечивает формирование выходного напряжения 5 В при входном токе 4 мА и напряжения 0 В – при 20 мА с сохранением требуемой линейности характеристики преобразования.

Рис.1.4. Преобразователь сигнала 4-20 мА в 5-0 В

Микросхему RCV420 можно использовать для преобразования выходного сигнала и в датчиках тока (например, тока якоря двигателя постоянного тока). В зависимости от полярности напряжения на нагрузке рекомендуются две схемы включения RCV420 (рис. 1.5). Внешний резистивный датчик RX и входное сопротивление RCV420 (RS=75 Ом) образуют делитель тока, который обеспечивает масштабирование измеряемого тока:

Рис. 1.13. Преобразователь напряжение-ток повышенной мощности (напряжение 0-10 В, ток 0-10 А).

Еще одной особенностью микросхемы XTR110 является то, что на ее основе можно построить мощный преобразователь напряжение-ток с однопо- лярным (рис. 1.13) или двуполярным выходом. Обратная связь по выходному току преобразователя (рис. 1.13) обеспечивается внешним резистором REXT, сопротивление этого резистора определяет уровень выходного тока. Для указанных на схеме (рис. 1.13) параметров выходной ток 10 А при входном напряжении 10 В. Необходимо учитывать, что мощность, рассеиваемая на выходном МОП-транзисторе, может превышать 200 Вт.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты