4~20mA电路方案都有哪些?

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了4~20mA电路方案都有哪些?相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

回答最好有几种方案,并比较优缺点,
1,采样分立元件 如运放
2. 采样V/I 等IC芯片 如am422,xtr110等
3. 采样D/i芯片如 ad5412,ad5422,ad420 ad421
最好有详细的原理说明,以及详细的电路图!谢谢哦!
我要的是,三线制构成的4~20ma电路图!二线制的可以采样xtr115

分立元件实现二线制的较难,实现三线制4~20mA转换比较容易,需要设置基准、调整增益、最后进行电压-电流转换即可,所需器件有运放、基准电压源、电位器、电阻等。
最省事的方案是用XTR105、XTR115等器件直接完成4~20mA二线制转换。
参考技术A 楼主,还是等我回答你吧,我最近要做个Pt100的测温电路,用XRT105,等我做好了发给你 参考技术B 1,采样分立元件 如运放 参考技术C ad421

推荐4个实用的4~20mA输入/0~5V输出的I/V转换电路

一、最简单的4~20mA输入/1~5V输出的I/V转换电路应用示意图


二、廉价运放LM324搭的廉价的4~20mA输入/0~5V输出的I/V转换电路

 

三、推荐采用运放OP07搭的4~20mA输入/0~5V输出的I/V转换电路

四、推荐采用精密的4~20mA输入/0~5V输出的I/V转换专用集成电路

    RCV420是一种精密的I/V转换电路,也是目前最佳的4-20mA转换0-5V的电路方案,有商用级(0℃-70℃)和工业级(-25℃-+85℃)供你选购。

详细文章见:http://www.188sx.com/ns_detail.asp?id=500033&nowmenuid=500002&previd=0

 

技术资料:http://www.ti.com.cn/product/cn/RCV420/technicaldocuments

这颗芯片有双电源方案和单电源方案,Single Supply 4-20mA Current Loop Receiver为单电源方案,

我也采用的单电源方案。根据文档来看:

1、单电源方案,电压15V~36V;

2、变送器电源和RCV420电源共地;

3、RCV的10V输出参考电源是参考地;

4、经过这样处理后,4~20ma对应10V~5V输出或者是0~-5V输出;

注意:

1、运放输入端分压后的电压不要超过运放的VCC,否则会有非线性区;

2、LM324和LMV324的Vio在2mv左右,上面电路在低温区误差很大,因此选用AD8554,Vio大概在5uV左右;

3、运放增加稳压源TL431;

 

 

精密电流/电压转换器RCV420的典型应用电路

RCV420的典型应用电路如图所示。它采用±15V(或±12V)双电源供电。C1和C2为正、负电源的退耦电容,需采用1μF钽电容并且在安装时要尽量靠近RCV420的电源引脚。CT端、RCV COM端和REF COM端必须单点接地并使接地电阻为最小,以免形成地线回路而引起转换误差。当II=4~20mA时,Uo=0~ 5V。C3为降噪电容,取C3=0.1μF时,可将基准电压输入端的噪声电压降低到25μV(峰-峰值),减小50%。

 

 

 

4~20mA电流输出芯片XTR111完整电路

在工控或者和工控相关的行业,一定会遇到需要输出4~20mA电流的时候。而XTR111是应用最广泛的电流输出芯片。

 

最简单简陋的电流输出电路,是用“三级管+放大器”构成的。如下图所示:

 

这个电路很简单,你可以试着搭一下,J1是电流输出口,你可以在J1上接个LED灯,随着“电压输入”的变化,LED灯的亮度就会变化,这说明电流发生了变化。

 

“三极管+放大器”组成的电流输出电流,还可以再经过改进,如下图所示:

 

 

尽管做了改进,得到的电流输出也不是完全随电压输入呈线性的关系。所以在高精度仪器上,一般使用集成型的电流芯片。例如我们今天要讲的XTR111就是应用最广泛的电流输出芯片。

 

为什么最广泛?原因有二:一是线性度非常好、二是价格便宜。总结成一点,就是性价比高。

 

你可以去TI的官网下载XTR111的芯片手册,官网还做了一个XTR111的demo板,提供板子的原理图和PCB图,我们做的电路,也都是根据他提供的开发板原理图来画的。

 


(TI的XTR111demo板)

 

为了大家方便,我这里给大家提供一种久经考验的电路,省去了大家找资料的麻烦,直接可以使用,优点有二:一是原料好买,二是体积小。

 

电路解释:

 

  • 电路中的24V,实际上可以用7V~44V都可以,我曾经用过24V,12V,9V都没有问题。
  • 电路中的5V,不是由外部提供,而是XTR111输出的,这个5V可以用来给DAC芯片供电,当然也可以不用。这个5V最大提供5mA电流,给DAC芯片提供电流绰绰有余,给其它芯片供电的话,你要搞清楚能否带的起来。
  • 电路中,PNP三极管使用SS8550,不是S8550。PMOS管使用SI2309。这两个芯片都使用SOT-23-3封装,整个电路做下来,体积可以非常小。
  • 0~5V输入,对应的是0~25mA的输出电流,线性度非常好。可以用独立的DAC芯片或者单片机的DAC直接驱动。

     

 

完整电路已经给你,现在不用的话,赶紧保存吧!

 

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2019.09.23

今天在调试PT100电路,说说我调试当中遇到的问题,以及解决思路。采用的电路就是上面RCV420+运放LM324原理,由于

RCV420采用的单电源方案,也就是说4-20ma对应5~10V,那么查分输入端就是-IN(5~10V),+IN接10V参考电源,比例为

2/3,当要求-200准确时候,就是说电流接近4ma时候,要求测量准确,也就是差分运放电路要求能够输出接近地,问题:

1、当我用LM324调试时候,发现方运放差分输入端压差大,没有问题,压差小有问题,LMV324最低只能输出十几mV(还是

100多mV,记不清了,反正就是输出地时候不准);

2、后来换成LMV324,问题一样;

3、后来换成AD8554ARZ(题外话,淘宝上买了三家都是假的),并且把电阻换成3k,1K,最低输出电压达到0.07V,但是仍然不满足要求,因为-200时候,大约输出0.032V,要求运放能输出0.01V;

解决思路如下:

1、RCV420采用±电源供电,这样输出就是0~5V,只需要高电压测量准确就可以,通过调节比例,很容易做到;

2、抬高运放的参考地,这个方案待验证,我没有验证是否可行;

3、给运放加一个直流偏执,是可行的;

4、采用更高精度运放;

上面是常用的解决思路,但是由于我的板子没有负电压,我在考虑能不能去掉运放,直接采样?

RCV420输出:5~10V,如果我把MCU的参考地抬升5V,然后用分压电阻就可以了?由于我要求

采样低温区准确,也就是接近5V准确,因此我抬升4.5V,采样0.5V到5.5V,通过适当比例电阻就

可以得到很好的采样结果。这里说下计算公式,我就开始把计算公式搞错了,导致采样值和实际

测量值不一致,怀疑方案有问题,其实是计算公式错误:

△:       表示抬升电压

K:        比例系数

Vad:    AD采样值

Vad-S:采样点实际电压

Vout-S:实际输出电压

Vout:    输出的相对电压

Vad-S =   Vad+△;

Vout-S=   Vad-S/K;

Vout   =   Vout-S - △;

 

2019.10.07

上面的思路是没有问题的,但是公式很奇怪,对吧?原因就是我把Vout的分压电阻地

连接到了GND上,并没有连接到参考地上。这就导致一个问题,什么问题呢?

当输出<=△,这个是采集到的电压全是0,导致高温区不准确。解决方法,把分压电阻的地

连接到△上,计算公式如下:

△:       表示抬升电压

K:        比例系数

Vad:    AD采样值

Vout-S:实际输出电压

Vout:    输出的相对电压

Vout    = Vad/K;

Vout-S = Vout  + △;

 

 

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2020.02.17

目前这个项目已经做完了,我做下总结,希望能够助大家。目前没有做校准,

精度和温度计做了一个大概的对比,大概在0.5度以内;用液氮测试了下,液

氮在室内能够达到195度左右,测试了下,符合客户需求。

1、PT100的电阻值检测,这个我在淘宝上卖的现成的PT100温度变送器;

     为4~20ma,买个0~5V不能用;

2、4~20ma,我采用的RCV420集成IC,单电源方案,输出5~10V,这里

     检测有两种方案:

    1)用运放搭建一个减法电路,一定注意留有余量,不可把运放指标用满;

    2)把MCU的地抬高到5V,然后低温漂高精度电阻分压;

说下计算思路:

4~20ma对应测温范围t1~t2,对应RCV420输出:5~10V,对应AD采样,5~0V,

取比例系数为K,则:

AD采样电压=AD值*3.3/4095/K;

实际电压=AD采样电压+5;

t1~t2对应,5~10V,这里我通过曲线拟合,发现可以用线性曲线(如果要求精度高,

可以用折线)。

y=kx+b;

t1=5k+b;

t2=10k+b;

k=(t2-t1)/5;

b=2t1-t2;

y=((t2-t1)/5)*(AD值*3.3/4095/K+5)+(2t1-t2);

以上是关于4~20mA电路方案都有哪些?的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

推荐4个实用的4~20mA输入/0~5V输出的I/V转换电路

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