隨著液位計(jì)、料位計(jì)數(shù)字化、可視化技術(shù)的發(fā)展，無源二線制4-20mA顯示模塊已越來越多的配備于各種液位計(jì)、料位計(jì)，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。煤油液位計(jì)目前*為常見的信號輸出方式就是采用了二線制4-20mA信號輸出，無源二線制4-20mA顯示模塊是指顯示模塊與外界僅有兩根導(dǎo)線連接至二線制的4-20mA電流信號中，這兩根導(dǎo)線既是顯示模塊信號采集的輸入，也是其供電電源的輸入。這種結(jié)構(gòu)在磁翻析液位計(jì)安裝過程中因其布線簡單、*高的可靠性和性價(jià)比、無需考慮供電和隔離等優(yōu)點(diǎn)而深受用戶的喜愛。
工業(yè)上普通使用的壓力傳感器輸出值都是4-20mA的、這是常規(guī)的傳感器輸出數(shù)值、但為什么會(huì)是4-20mA而不是其它的數(shù)值輸出呢？下面跟大家介紹一下其原理。
采用電流信號的原因是不容易受干擾、并且電流源內(nèi)阻無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。
*典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。
當(dāng)然，電流輸出可以與電源公用一根線公用VCC或者GND，可節(jié)省一根線，稱之為三線制變送器。
其實(shí)大家可能注意到，4-20mA電流本身就可以為變送器供電。變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4~20mA之間根據(jù)傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電。 因此、4-20mA的信號輸出一般不容易受干擾而且安全可靠、所以工業(yè)上普遍使用的都是二線制4-20mA的電源輸出信號。
目前無源二線制4-20mA顯示模塊通過磁翻析液位計(jì)信號輸出常見方案有兩種，對比說明如下：
方案一：
通過運(yùn)算放大器將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后利用單片機(jī)的A/D單元或者專用A/D轉(zhuǎn)換IC將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，*后單片機(jī)讀取A/D中的數(shù)字信號并將其顯示在LCD上。
此方案在信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)采用運(yùn)算放大器及大量外圍阻容器件，影響整機(jī)的可靠性，并且受器件內(nèi)部溫漂、零點(diǎn)漂移的影響易造成示值誤差。在A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，普通單片機(jī)和普通A/D轉(zhuǎn)換IC均存在位數(shù)較低轉(zhuǎn)換精度較差的缺點(diǎn)，影響測量的精度。
方案二：
磁翻析液位計(jì)測量信號經(jīng)4-20mA輸出之后，通過專用二線制4-20mA信號采集單片機(jī)對電流信號進(jìn)行處理。電流信號通過信號采集I/O口外一精密電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后進(jìn)入具有10種放大倍率選擇的PGA單元進(jìn)行放大，*后進(jìn)入18位全差動(dòng)輸入ΣΔADC類型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并顯示在LCD上。
此方案在信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)無外圍運(yùn)算放大模擬電路，所以可靠性高，不受溫漂、零點(diǎn)漂移的影響。在A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)18位全差動(dòng)輸入ΣΔADC類型模數(shù)轉(zhuǎn)換單元能保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精確性。同時(shí)此專用單片機(jī)的通用I/O口兼具普通單片機(jī)的I/O功能，較易實(shí)現(xiàn)通訊、顯示、控制等功能。
從上述兩個(gè)方案的對比可以看出，煤油液位計(jì)信號輸出可以通過專用二線制4-20mA信號采集單片機(jī)對電流信號進(jìn)行處理具有可靠性高、精度高、信號不受器件溫漂、零點(diǎn)漂移的影響等優(yōu)點(diǎn)。此方案被越來越多的應(yīng)用于煤油液位計(jì)、浮球液位計(jì)等各種現(xiàn)場顯示測控儀表中。