兩線制智能儀表高精度信號隔離方案

　　兩線制智能儀表以其應(yīng)用簡單，成本低廉的特點(diǎn)大量地應(yīng)用于壓力、溫度等過程參數(shù)檢測的一次儀表中。然而兩線制回路需要同時(shí)傳輸能量和高精度信號，這就使得信號的隔離變得非常困難。本文介紹了兩線制回路的基本工作方式。并以此為基礎(chǔ)分析了現(xiàn)有無源電流信號隔離器在兩線制信號隔離電路中的不足，進(jìn)而介紹了傳輸精度更高的基于TS107L-F-2兩線制隔離轉(zhuǎn)換器的信號隔離方案及其配電擴(kuò)展方案。最后針對智能儀表的通信要求介紹了TS107HL-F-2在兩線制回路中的Hart信號隔離傳輸方案。

　　兩線制信號傳輸?shù)幕痉绞?/p>

圖1 兩線制典型應(yīng)用框圖

　　兩線制信號傳輸方式的典型電路如圖1所示。在信號檢測端主要包括傳感器和二線制轉(zhuǎn)換器兩部分組成。在信號接收端包括兩線制回路供電電源VL和電流檢測電路組成。一般電流檢測電路由精密電阻RL將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號再通過AD轉(zhuǎn)換傳送到控制系統(tǒng)中。

　　兩線制轉(zhuǎn)換器的功能是將兩線制回路的電壓Vin轉(zhuǎn)換成傳感器的供電電壓Vcc，同時(shí)根據(jù)傳感器的輸入信號Sin控制兩線制回路Vin的負(fù)載電流Is。這里Is就是兩線制電路傳輸?shù)?~20mA電流信號。

　　在兩線制回路中，只有唯一的電壓源VL，負(fù)載分別為Vin和VRL。由于電流檢測電阻流過電流信號Is，因此在電阻不變的情況下電壓VRL由Is決定。根據(jù)基爾霍夫電壓定律，兩線制接口的電壓Vin應(yīng)當(dāng)是隨著VRL的變化而變化的，并且滿足以下等式（1）：

　　Vin=VL-VRL（不考慮線路阻抗的壓降） （1）

　　由于Is由電路信號決定，因此Vin決定了二線制轉(zhuǎn)換器的輸入能量，進(jìn)而也決定了二線制轉(zhuǎn)換器Vcc的最大輸出能量。

　　兩線制應(yīng)用的常規(guī)隔離方案

　　在一次儀表現(xiàn)場過程信號檢測的應(yīng)用中，信號檢測端和信號收集端需要通過較長的信號傳輸線傳輸信號。由于一次儀表多為金屬外殼，使用時(shí)需要接地處理，因此信號傳輸線也會通過兩線制接口和大地相連。這時(shí)的信號傳輸線就像是一根接地天線，可以有效地接收各種電磁波信號。同時(shí)各種累積到傳輸線的電荷均會通過兩線制接口導(dǎo)入大地，這會對兩線制電路的信號傳輸帶來極大的干擾。

　　為了抑制信號傳輸線接地對信號的干擾，實(shí)際應(yīng)用中一般需要將信號傳輸線連入傳感器之前先進(jìn)行隔離處理。常規(guī)的解決方案如圖2所示，在兩線制回路和二線制轉(zhuǎn)換器中間加一個(gè)無源的電流信號隔離器即可實(shí)現(xiàn)信號的隔離傳輸。圖中使用的無源電流信號隔離器是金升陽的T1100L-F。

圖2 現(xiàn)有兩線制回路隔離方案

　　T1100L-F可以在不需要外界供電的情況下將4~20mA的電流信號等比隔離傳輸。能量的輸入端電壓最高達(dá)到30V時(shí)，輸出端可以實(shí)現(xiàn)最高25V電壓以及信號電流的輸出，有效的實(shí)現(xiàn)了信號和能量的隔離傳輸。該方案使用簡單，適用于各種需要4~20mA電流信號隔離的場合，但是依然存在不足，主要包括以下兩點(diǎn)：

　　1、信號傳輸精度低

　　由于同時(shí)隔離傳輸電流和能量，無源信號隔離器的信號傳輸精度一般在0.3%以下。

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)6月《智能工業(yè)特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請注明出處！