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将 RTD 和热电偶信号转换为 4...20 mA 电流的优势

 
热电偶和 RTD 传感器常用于测量工业过程中的温度。在这些传感器直接连接到 PLC 的情况下,其测量精度往往低于预期。精度降低通常是由电磁干扰 (EMI) 造成。通过将热电偶和 RTD 信号转换为行业标准的 4...20 mA 电流,可以有效消除 EMI 引起的误差。

 

大多数 热电偶 会产生小于 50mV 的电压信号,并且热电偶实际上是无法产生电流的。因此,任何测量热电偶的设备都必须具有非常高的输入电阻(通常为 100 万 Ω 或更高)。

 

低 mV 信号且无电流流动使热电偶发挥如同天线一般的作用。热电偶可以“接收”来自 50/60 Hz 电源的电噪声、雷电引起的突发噪声、静电、便携式收音机的无线电射频干扰、直流电动机的换向器噪声以及许多其他电噪声,而且导线越长,越容易“接收”电噪音。

 

 

测量 RTDs. 时存在同样的情况。尽管 RTD 元件是由微小的恒流源(通常为 0.3 mA)激励的,但实际上三线制和四线制 RTD 所使用的传感线路是无电流的。因此,传感线路也会像天线一样,接收工业环境中存在的各种噪声。

 

 

温度信号受噪声影响的表现为在进行温度测量时:

 

  • 当附近的电动机或加热器启动时,温度立即发生变化。
  • 当过程的一部分关闭或打开时温度发生变化。
  • 移动式无线电发射时温度发生变化。
  • 温度随着一天中的时间或天气变化而变化。
  • 温度随着传感器导线的位置/方向变化而变化。

 

如何减少由 EMI 引起的误差

将 EMI 引起误差最小化的最佳方法之一是将传感器导线长度最小化,即将“天线”的长度最小化。

 

通过测量传感器上的热电偶或 RTD 信号并将该测量值转换为 4...20 mA 电流实现导线长度最小化。然后,采用电阻约为 250Ω 的 PLC 输入卡测量电流。这样可以消除由于 EMI 引起的误差。

 

 

流经电流回路一侧的电流会受到例如来自便携式收音机的电磁干扰 (EMI) 的影响。这种电磁干扰可能会增加(提高)回路一侧的正常电流。然而,回路另一侧的电流将通过相同的电磁场沿相反方向流动。因此,电磁干扰会抵消(减小)流过该侧回路的电流。净效应:回路电流实际上不受电磁干扰影响。

 

通过将回路导线互相缠绕在一起,可以进一步提高精度。这样可确保两根导线均屏蔽电磁干扰,并且双绞线会沿整根电缆形成一连串彼此相反的磁场。这两种效应可确保所有电磁干扰源均对回路电流产生相等但相反的影响。由于这些影响,4...20 mA 的回路才能通过电磁干扰明显的区域,并确保测量信号不受到任何干扰。

 

 

在某些应用中,进入控制面板的传感器导线不受 EMI 的影响,但是面板内部存在高水平电磁干扰。这一电磁干扰是由变频电机驱动器、SCR 电机和加热器控制器、电机软启动器、高压接触器和直流电机驱动器等产生的。

 

 

 

通过使用安装在导轨电源的温度变送器将低电平 RTD 和热电偶信号转换为稳定的 4...20 mA 电流,可以将面板内 EMI 的影响最小化。温度变送器提供的隔离作用实际上还可消除由共模噪声(两条传感器导线共有的电气干扰)引起的误差。此解决方案可以让传感器布线保持原样,同时提高模拟量输入卡测量的准确性和重复性。

 

双变送器解决方案

采用两个变送器是有利的:一个在传感器上,另一个在控制面板内。此解决方案具有极好的抗电磁干扰能力,因为它使传感器导线长度最小化,而且盘柜变送器可以在盘柜内部运行许多不同的功能:

 

 

  • 盘柜变送器可以提供独立的、隔离的 mA 输出,以及可将报警触点加在 PLC 模拟和数字输入卡上
  • 盘柜变送器可以配备背光显示器,用于显示过程值、继电器状态和传感器/回路错误。这可大大减少故障排除和调试时间

 

    <li盘柜变送器可以分离信号,向工厂中的多个设备提供多个隔离的有源或无源 4...20 mA 电流信号。
  • 此外,PR 变送器还可以执行信号抑制,非线性输入(如热敏电阻)的多点线性化,不规则罐的体积测量,两个输入信号的数学函数等等功能。
 

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