Аналоговые токовые петли используются во многих приложениях в качестве физического канала измерений и управления приводами. Хотя измерительных диапазонов существует несколько, наиболее популярным до сих пор остается стандарт 4-20 мА.
Точность петли зависит от способности передатчика преобразовывать сигнал датчика в ток. Кроме того, она зависит от стабильности передаточной функции тока (измеренной со стороны приемника) в условиях изменений температуры, физической длины петли и напряжения питания петли, а также других неопределенностей, возникающих по мере старения оборудования.
Помимо линейности и стабильности передаточной функции по току, выход передатчика должен обеспечивать большой динамический импеданс, чтобы минимизировать влияние напряжения петли (на выводах передатчика) на выходной ток.
Имеет значение также максимально допустимое напряжение на зажимах передатчика. Чем оно больше, тем лучше, поскольку электромагнитная обстановка на промышленных предприятиях не всегда бывает благоприятной. В то же самое время, минимально допустимое напряжение на выводах передатчика, определяющее максимальную длину петли при заданном сечении проводов (или минимальное сечение, необходимое для заданной длины), надо снижать, насколько возможно.
Этим критериям отвечает схема передатчика, изображенная на Рисунке 1. Она отличается очень высоким выходным импедансом (от 108 до 109 Ом) и широким диапазоном допустимых напряжений (от 4 В до 90 В). Нижний предел определяется минимальным рабочим напряжением усилителя, а верхний – допустимой мощностью рассеивания выходного устройства (n-канального MOSFET в режиме обеднения) на верхней границе диапазона выходных токов (20 мА). В течение коротких промежутков времени порядка 20 мс максимальное напряжение может достигать 200 В.
 |
||
| Рисунок 1. | После внесения небольших изменений в схему питающегося от петли прецизионного источника втекающего и вытекающего тока (а) его можно использовать как передатчик токовой петли 4-20 мА (б). |
|
Первоначальная схема сконфигурирована как калибратор петли (Рисунок 1а). При показанных на схеме номиналах компонентов в диапазоне температур от 0 °C до 85 °C она имеет точность 10 бит с дополнительной неопределенностью, вносимой резистором R. Имея всего два вывода, эта схема может работать как калибратор и втекающего, и вытекающего тока.
Схему калибратора петли можно изменить таким образом, чтобы использовать ее как интерфейс между датчиком с диапазоном выходных напряжений 0…4 В и токовой петлей (Рисунок 1б). В этом случае точность передаточной функции зависит от источника опорного напряжения (MAX6138) и точности резисторов входной цепи. Поскольку опорный потенциал (земля) является общим и для измерителя, и для передатчика, при конструировании схемы следует проявлять осторожность, чтобы не создавать земляных петель.
Входные характеристики операционного усилителя MAX4236 (максимальное смещение 20 мкВ, температурный дрейф 2 мкВ/°C), его большой коэффициент усиления (110 дБ) и способность работать при входных сигналах с уровнями, начинающимися от напряжения отрицательной шины, делают влияние всех остальных компонентов несущественным. Поэтому для повышения точности необходимо использовать стандартные методы подстройки, основанные либо на механических, либо на цифровых потенциометрах.
Особое значение для точности схемы имеет диапазон синфазных входных сигналов усилителя, начинающийся от напряжения отрицательной шины питания, поскольку это позволяет направлять рабочий ток усилителя через выходной токоизмерительный резистор, где он становится частью выходного тока, управляемого схемой.
Купить MAX4236 на РадиоЛоцман.Цены
