变送器为什么要用4~20mA电流

正好实验室有压力传感器但是缺少一个变送器，那么这篇文章会说明为什么变送器要电流的传送，以及如何做一个。

工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V，但是噪声的功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4－20mA传输带来的误差非常小；电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米；由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0－5V的电压，低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微弱的电压噪声。电流对噪声并不敏感。

上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。

4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。

设计的思路很简单，就是电流经过一个反馈电阻IR=U，接着就是对这个U进行一个处理。

电流4~25mA  ------->0~ADC的采集上限，我不知道这样写算不算写日记。

一个流传甚广的原理图被我所使用，里面使用的是LM324这个运放

什么叫不精密，这就叫不精密

合理的自引

但是一次4个，管饱，是ST的

一次要放4下

另外我们也不管什么单电源系统了，ICL7660是久经考验的双电源

绘制的时候记得看看电源的引脚，注意供电

测量部分，电流从R3的上端流入，下端流出

这是一个差分放大电路，也就是一个减法运算电路，输出电压U1=（R5/R2）*(U1-U2)=U1-U2,U1即是电阻R1两端的电压差，假如流过该电阻的电流为20mA，那么产生的电压为20*100=2000mV，还没有达到单片机的电压测量范围（这里默认单片机AD检测的范围为0-5V），所以为了达到单片机AD的量程，需要将电压信号进一步放大.

其实这里的电阻之间的搭配就是等比例的处理。

第二个问题是：如何使电流信号输入为4mA时，在这时电压输出是0V呢？这个问题的关键点在于我们要输出的是0V电压.

搞一个减法器电路，在4mA的时候减去现在的输出

这个地方就不搞什么单电源了，妈的

组成是减法电路，其输出电压等于UA-UB。

一个运放组成一个跟随器，当电流信号为4mA时，UA=4*100=400mV，那么U1A的输出此时为0V正是我们的目的，那么就需要UA=UB，那么调节U1D跟随器的正相输入端通过调节电位器R10改变分压即可。 这就解决了当输入电流为4mA时输出电压为0的问题，接下来我们要添加的是放大电路，将输出信号进行放大。

输入反接保护，上电以后是红灯变亮

注意这个Vout就是负电源

这个是一个参考设计

另外一个，也是文章里面使用的

这个地方是滑动变阻器

注意电流的方向

这个地方是一个调整零点的地方

怎么加起来了，是因为-399-（343）= -742

4mA的时候-400mV

输入的是397mV，下面是我精细的调控的值

几乎是一样的

接近0V了

也就是说这个值是调零的值

这次正常了

但是反馈电阻在100欧姆的时候，这个前面的反馈电压是很大的，25mA的是2.5V。

后面可能要微调才行。

后面是一个同相放大，Vout=Vi*(R1+R2)/R2，个人觉得，同相放大是可以更细化的添加。

发现有一个这样的说法

其实这个我是不知道咋说明的，电路还是可以使用的

这个是一个模糊的电源引脚图

参考的原理图

仿真的结果

PCB的一个布局，但是注意有一个三极管

这个图中的电路应该叫郝兰德

我这里找到了一个模糊的图，看这个，上面是一个缓存器,三极管的基极，被U1A控制，也就是说VO2这里的电流是等比例的受前级控制的。

负载电阻有一端接地(恒流源通常有这个要求)，而取样电阻两端均不接地。之所以能够实现这个要求，关键就是上面一个运放和电阻的匹配。上面一个运放显然是跟随器，其输入阻抗很高，可以看成开路，其输出阻抗很低，可以看成电压源，而电位与Rs右端相同。这样就避免了R2中电流对输出的影响(R2不从输出端取用电流)。

采样电阻RS两端的电压为：VO2-VO= V*(R2/R1) ；

流过RS的电流为：(V*(R2/R1))/RS，其大小与负载电阻RL无关，受输入电压V控制。

因此在处理器端对数据进行采集时，一般是把电流信号转化为电压信号，再用ADC来处理。对于精度不高的场合可以就直接接一个250欧姆的精密电阻，转化为1-5V的信号，如果精度要求高的话可以先用运放来处理再用ADC采集。

如果不对可以再diss我。

输出的有负电流，可以先设计一个减法电路，将0~3V调整为-1.5V~1.5V，这样再设计一个电流电压转换电路将-1.5V~1.5V变换为-10mA~10mA。

后面是防反接的二极管

审核编辑：汤梓红