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 R_X и входное сопротивление RCV420 (R_S=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 R_EXT, 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.

Нравится

Интерфейс "токовая петля"

Похожие посты:

Оставить комментарий