设计采用差压变送器的应用电路，核心目标是将其输出的标准工业信号（通常是4-20mA或电压信号）可靠、准确、安全地传输到控制器（如PLC、DCS、记录仪或数据采集系统）进行处理。以下是设计和实现的关键步骤和考虑因素：

核心目标： 为变送器提供适当的激励（通常为电源），安全地将其信号引出，并准确传递到接收端。

基本设计步骤：考虑因素：

1. 选择变送器类型和输出信号：

   • 两线制 (2-Wire): 这是最常见的类型。电源和信号共享同一对导线。变送器从环路汲取电流工作，并将信息编码在回路电流大小（4-20mA）中。电路设计相对简单。
   • 三线制/四线制 (3/4-Wire)： 较少见。需要独立的电源线和信号线。设计上需分开处理电源供电和信号传输。

2. 电源供应：

   • 两线制：
     • 需要一个环路电源 (Loop Power Supply)，通常为24VDC（标准工业电压）。
     • 电源的正极(+)连接接收端（或连接电阻/隔离栅）的一端。
     • 变送器的正极(+)端子连接到电源正极(+)的线路或连接点。
     • 变送器的负极(-)端子连接到接收端（控制器）的模拟输入正极(+)端子。
     • 接收端（控制器）的模拟输入负极(-)端子连接到电源的负极(-)。
     • 关键点： 回路电流（4-20mA）从电源正极流出，流经变送器内部电路（变送器汲取工作电流），再流入接收端的模拟输入模块（在该模块内产生与电流成比例的电压降），最后返回电源负极，形成一个闭合回路。
   • 三线/四线制：
     • 需要独立的稳压直流电源（通常也是24VDC）。电源直接接在变送器的电源输入端子（+Power / -Power 或类似标识）。
     • 变送器的信号输出端子（如+Out / -Out）连接到接收端对应的模拟输入端子。
     • 确保电源地与信号地在适当位置（通常在接收端或控制柜内）连接（如果需要共地，但有时也需隔离），防止地环路干扰。

3. 信号接收：

   • 接收端（如PLC的AI模块）需要一个精密采样电阻（通常250Ω，标准配置）将4-20mA电流信号转换成一个更易测量的电压信号（1-5V = 4mA x 250Ω = 1V，20mA x 250Ω = 5V）。
   • 这个电阻可以是内置于AI模块内（最常见），也可以是外部精密电阻（如果模块设计为接收电压信号）。
   • AI模块内部的ADC（模数转换器）将这个电压信号转换为数字量供控制器处理。

4. 电气连接图：

   • 绘制清晰的接线图。对于两线制，示例如下：[电源+24V] -----> [变送器+] | [变送器-] -----> [AI卡输入+] | [AI卡输入-] -----> [电源 COM/0V]
   • 准确标示所有端子的极性（+/−）。极性反接会导致变送器不工作或损坏。

5. 电路设计和保护：

   • 滤波： 在电源输入端（靠近变送器端）加入旁路电容（如100nF）滤除高频噪声。在模拟输入接收端，接收模块通常内置硬件滤波。
   • 保护：
     • TVS二极管 (瞬态电压抑制器)： 强烈推荐！ 在变送器接线端子的正负（或电源线的正极对地、负极对地之间）跨接TVS二极管（如SMBJ24CA），用于吸收开关柜操作或雷击感应的浪涌电压，保护变送器内部电路。
     • 熔丝/自恢复保险丝： 在电源正极线路上串入适当电流（如100mA）的熔丝（小型玻璃管或自恢复PTC），防止回路短路烧毁线缆或电源。注意变送器正常工作电流小于20mA（满载时）。
     • 防止反向连接： 在电源线路中加入二极管可以防止反向连接损坏设备（但会增加压降），更重要的是确保接线正确。

6. 信号调理与隔离：

   • 需要隔离吗？ 在复杂或高噪声环境下（存在地电位差、大功率设备干扰），信号隔离器（或称隔离栅）非常有用：
     • 放置于变送器输出端和接收端输入端之间。
     • 提供电气隔离（隔离危险区与非危险区，或消除地环路噪声）。
     • 保持或转换信号（如4-20mA进，4-20mA出；4-20mA进，电压出）。
     • 通常本身也需要供电（两线制隔离器可以从输入回路取电）。
   • 信号转换器： 如果需要将4-20mA转换成0-10V或其他形式信号，或者需要将变送器的微伏信号放大，会用到专用的信号调理模块/板卡。

7. 布线和连接：

   • 使用屏蔽双绞线（STP）连接变送器到控制系统。这非常关键，能有效抑制共模电磁干扰。
   • 单端接地： 只在一端（通常在控制柜、接收端） 将屏蔽层连接到干净的地（通常是仪表地AGND或隔离大地的接地排PE）。绝对避免两端接地，否则屏蔽层会成为引入噪声的导体。
   • 确保端子连接牢固可靠，避免虚接。

总结的简化两线制应用电路设计：

1. 主回路：

   • 24VDC 电源正极 (+) --> [可选熔丝F1] --> 信号线（例如红色） --> 变送器正极输入/输出 (+)
   • 变送器负极输出/回路 (-) --> 信号线（例如蓝色） --> 控制器（PLC/DCS）AI 通道正极(+)
   • 控制器（PLC/DCS）AI 通道负极(-) / COM --> 24VDC 电源负极(-)

2. 关键保护元件（推荐）：

   • 在变送器接线端子附近：在接线端子正负线之间并接一个TVS二极管（标称电压≥24V，如SMBJ24CA），并将变送器外壳良好接地。
   • 在电源正极线路中串接一个小型熔丝（如0.1A）或自恢复保险丝（如PPTC 0.16A Hold）。

3. 线缆选择：

   • 使用带编织层或铝箔屏蔽层的双绞线（如Belden 8760, 9463）。
   • 在接收端（控制柜内），将屏蔽层单点连接到仪表地AGND排（AGND排再以单点方式连接到机柜的大地排PE）。

实现：

将以上设计转化为实际的接线表、电气图纸，并严格按照图纸安装、接线、调试（注意零点满点校准）。

额外重要提示：

• 数据手册是圣经！ 仔细阅读所选用差压变送器的具体安装接线手册和技术参数表。不同品牌型号的端子标识、供电要求、量程调整方法、防爆认证等可能有差异。
• 防爆要求： 如果应用在有爆炸性环境的区域（如化工厂、油库），必须选用满足相应区域防爆等级认证的变送器（如隔爆型Ex d，本安型Ex ia/ib），并严格遵守防爆区域的布线规范（如使用铠装电缆、穿线管、专用防爆接头）。本安回路需要使用安全栅。

通过遵循上述原则和步骤，您可以设计并实现一个可靠、准确和安全的差压变送器应用电路。设计时需充分考虑变送器实际安装的工业环境需求（如温度、湿度、振动）和现场维护便利性。