用于温度测量的二线制变送器

变送器与传统的温度测量装置比较有一定的优势,但他们必须经过谨慎的筛选以避免“接地回路”问题。

二线制变送器是用于许多远程温度测量应用的理想解决方案。变送器与传统的温度测量装置比较有一定的优势,但他们必须经过谨慎的筛选以避免“接地回路”问题。

在很多情况下,远程操作过程的温度必须被监控。常用的温度传感装置,如热电偶和电阻温度探测器(RTD)产生非常小的“信号”。这些传感器可以连接到能将小信号放大并优化的二线制变送器上。一旦达到可用标准,此信号可以通过普通铜线传输并用于驱动其他设备,如测量仪表,数据记录仪,图表记录仪,计算机或控制器。

操作

二线制变送器从远程直流电源处按比例提取电流传送至其传感器的输入端。实际信号通过电源电流的变化进行传输。

具体而言,当测量过程中的最低温时,热电偶输入变送器会从直流电源处提取4mA的电流。然后随着温度升高,二线制变送器将按比例提取更多电流,直至到达20mA。这个20mA的信号对应的是热电偶的最高检测温度。变送器的内部信号调节电路(由4至20mA电流中的一部分供电)决定了输出电流信号所代表的温度范围。

物理上来说,只需要两根铜线把串联电路中的变送器输出信号与远程电源和过程设备连接起来。这是因为信号线和电源线是合二为一的(一个电路具有两个功能)。

优势

与非常传统的温度测量方法比较,二线制变送器拥有许多优势。

1.在远程位置操作二线制变送器不需要使用交流电源。
由于变送器通过低电平的4至20mA输出电流信号进行供电,因此在远程位置不需要提供额外电源。此外,操作所需的常用24V直流电信号在拥有大量设备的车间也是标准配置。

2.二线制变送器用户不会遇到电气噪声和信号衰减问题。
变送器的电流输出信号本身对于环境电气噪声具有高免疫力。任何出现在输出电流中的噪声通常会被接收装置的共模抑制消除。此外,电流输出信号不会像大多数电压信号那样随着距离而变化(减少)。

3.采用二线制变送器能大幅降低线材的成本。
当用于长距离传输时,热电偶产生的低电压信号几乎总是需要使用屏蔽电缆。如果使用非屏蔽电缆传输信号,来自于电弧继电器,电动机和交流电源线的环境电气噪声会对这些信号造成破坏。此外,在使用长电缆的实际应用中经常需要安装昂贵的粗电缆(因为这能减少由电缆电阻引起的电压信号衰减所带来的误差)。

在二线制变送器系统中,普通铜线可用于连接所有相关设备。4至20mA电流输出信号对于环境电气噪声具有一定的免疫力,而且即使是使用很细的线缆也不会由于长距离传输而衰减。为系统增加二线制变送器消除了安装长电缆的昂贵花费以及大量电缆屏蔽工作所带来的问题。
 
电流隔离的二线制智能变送器

接地回路问题

如果将接地棒插入地面上两个不同的点,然后在两点间接上电压表,这时在两点间能检测到电压差。这种潜在的电压差实际上存在于地球表面的任意两点之间。当我们试图测量一个远程位置的过程时,这个电压差将在电缆中产生一个错误电流,这被称为“接地回路”信号。其结果是显示为一个错误。

为了防止这种类型的“接地回路”错误,请为您的系统选择一个隔离的二线制变送器。这使得用户可以将传感器和电流回路的一端同时接地。

变送器特点

变送器使用相同的供电和输出电缆来提供二线制的输出。负载电阻与一个直流电源串联,而从电源处提取的电流是与输入信号成正比的4至20mA电流或输出信号。

二线制变送允许遥控设置接近传感器的变送器以将噪声和信号衰减的影响最小化到低电平传感器输出的容许范围。

坚固的金属外壳适合现场安装,同时提供环境保护以及螺丝接线端的输入输出连接。这种外壳可能是表面或者标准的中继线路安装。

虽然现在已经有新型的产品是被实际温度线性化的,但大多数的二线制变送器是被热电偶或电阻温度探测器产生的电压信号线性化的。

二线制变送器将热电偶或电阻温度探测器信号转换为4至20mA的输出信号。某些型号的产品会转换为RS-232C输出。变送器拥有拨码开关,可为每个型号选择多种类型的热电偶,也可为每个型号选择多种类型的热电偶和电阻温度探测器。二线制变送器有隔离或非隔离两种型号可选,它们还具有可调整输出范围的特点,可在传感器范围的80%至100%(取决于型号)区间内进行零点和量程调整。

本文由OMEGA Engineering Inc提供。

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