最小电流环接收电路设计
关键的外卖
4-20mA是工业中使用的最可靠的模拟信号标准。
电流回路接收电路被设计用来测量或读取在4-20 mA回路中流动的调节电流。
通常，250 Ω固定电阻用于电流环接收电路。
先有鸡还是先有蛋?在很难提出两个独立的事物相互依赖的情况下，这是一个常见的悖论。这种困境适用于传感器和电流回路，这在工业过程控制系统中是不可避免的。要证明没有电流环的传感器电路的存在是一项令人困惑的任务，反之亦然。
为了将采集到的传感器数据传输到控制系统，工业依赖于4-20mA电流环。4-20mA是一个普遍接受的信号范围，4-20mA电流环是发射机、接收机、直流电源和连接线的串联连接。电流环路接收电路形成环路的最终端，并显示物理量测量或对所获取的信号执行预期的动作。本文将讨论电流环接收电路。
工业过程控制中的电流回路
常常需要测量环境变量和过程变量来控制生产或制造系统。例如，在化学工业中，你需要测量温度、压力、pH值、流量等。当温度高于参考值或当压力低于设定值时，将会有一些预期的动作执行。通过监测物理变量波动来手动控制过程并不总是可行的。通常，PLC系统用于工业过程控制。
PLC系统
大多数PLC系统从4-20mA电流回路接收输入。4-20mA电流回路可以在传感器和过程控制系统之间硬连接，无需PLC。电流回路是传感器和显示仪器或控制端任何嵌入式系统之间的接口。有一种极简的设计方法可用于传感器电流环电路。让我们了解电流回路的基本原理，设计一个简单的电流回路电路。
4-20mA电流回路
4-20mA是工业中使用的最可靠的模拟信号标准。在电流回路中，模拟电流信号将传感器数据传输到控制面板，控制面板可以是PLC、单片机或FPGA。电流信号是高度准确的，并保持相同的整个电流环从场端到控制端。
在使用电压信号的情况下，由电流回路元件和导线的内阻引起的电压降改变了到达控制端时的物理量的值。电流信号天生不受电干扰或噪声的影响。
4-20mA电流回路的一个主要优点是活零。传感器的零输出对应4mA，形成活零值。指定4mA为活零可以方便地检测电流回路中的故障。
简单的设计和易于连接、配置和调试是导致4-20mA电流环广泛使用的一些亮点。通常，当前循环由以下元素组成:
直流电源-电流回路的运行电源由电池或稳压直流电源提供。
发射机-发射器将传感器输出转换为4-20 mA范围内的电流流，并将传感器的零电平输出转换为4 mA，全量程输出转换为20 mA。
接收器,接收电路被设计用来测量或读取在4-20毫安回路中流动的调节电流。电流回路中使用的4-20 mA接收电路可以是记录仪、仪表、执行器、SCADA模块或数据采集设备。
循环线路,用于电源、发射机、接收机串联连接的连接线称为回路接线。
在下一节中，我们将简要介绍最小电流环接收电路。
4-20mA电流环接收电路的极简设计
让我们设计一个极简温度传感器系统。
传感器,温度传感器测量温度。它可以是一个热电偶传感器，并连接到电流回路发射器。
电流环发射机-电流环发射机测量温度传感器数据，并将其转换为模拟电流信号。电流环发射器可编程调节电流在4-20mA范围内。假设电流在4-20 mA之间的变化对应于0-200℃。
电流环接收器-您可以利用微控制器或精密的基于ic的电流环接收器，以获得由温度传感器测量的精确温度值。然而，使用精密电阻可以实现最小电流环接收电路。基于电阻的电流环接收器在其复杂性和成本方面是最小的。
这种高性价比的电流回路接收电路是基于欧姆定律．通常，电流回路接收电路采用250 Ω固定电阻。通过电阻的电压降可以转换为温度读数。比例关系可以从1V (4mA x 250 Ω)对应0℃和5v (20mA x 250 Ω)对应200℃的关系中得到。您可以使用电压表测量电压降，并手动进行电压-温度转换。如果不需要手动计算，请使用模拟-数字转换器将模拟电压值发送到微控制器。计算部分由微控制器负责，你可以很容易地获得温度读数。
没有电流环接收电路的传感器系统是没有意义的。无论电流环接收电路类型如何，都可以利用Cadence的PCB设计和分析软件进行电流环电路设计。
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