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三线制 4 ~ 20mA 硅压阻桥变送器简介

【摘要】:

硅压阻惠斯通桥传感器是目前工业上普遍常用的压力传感器。其优点是低成本、可批量生产。其缺点是零位(offset)和满度(FSO)的误差和排线性大、温漂也大。

MAX1452提供了查表式温度修正,使得硅压阻惠斯通桥可以可靠地应用于宽温度区间,且能有效地提高测量精度。它的输出为模拟电压量,不适合于长线传输。

但在工程使用时,由MAX1452搭建的变送器距离后续的数采集须均有一定间距,中间有可能还要经过电连接器。线缆上的寄生电参数大,致使在复杂电磁环境下,电压输出到末端时的信噪比很差,严重影响了测量精度。

由于回路上的电流不会受线缆上寄生的寄生电感(L)寄生电容(C)以及串联电阻(R)的影响,故工程上的普遍认知是回路电流可以传输的比较远,且不损失信噪比。工业标准4 ~ 20mA电流环的概念就是基于以上事实制定的,并且大量应用。          

                           

HJ14521简介

陕西航晶微电子HJ14521是采用厚膜工艺技术集成的精密三线制4 ~20mA电流输出型硅压阻传感器调理电路,主要由MAX1452模拟传感器信号处理电路、线性稳压电源,一个精密基准电压源、多个精密宽带运算放大器和多个精密匹配电阻对组成,整个器件单电源供电,浮地GNDI是MAX1452的参考地,从而将MAX1452的输出电压0 ~5V转换成输出电流4 ~20mA输出,进一步优化使用,可以传长线,提高抗噪能力,提高集成度。它能够承受极端的环境应力和恶劣的电磁环境。

以往的硅压阻变送器一般都是电压输出,该硅压阻变送器,能够将压力信号转换成等比例的4~20mA的电流信号,它结构小巧, 保护措施完备,在输出端设计了保护二级管,防止输出导线上出现的浪涌电压,电源输入端有防接反功能。它性能优良,改进了MAX1452的不足之处,部分电路重新设计,虽然,MAX1452公司给出了用MAX1452内部的独立运算放大器,结构一部分外用分立器件可以构成一个两线制4 ~20mA电流输出环。但由于内部独立运算放大器性能指标差,电压转电流的妥善结构不合理,温度适应性不好,联调困难等因素,致使工程上很难使用。

  由HJ14521控制的三线制4 ~20mA 变送器电原理图如下:

图片6.png


注 “ 图片10.png”为浮地,不能与供电的地PGND相连。

为防止错误的接线和方便使用,变送器划分了三个分离的接口,硅压阻桥接P1端口,功率电源和电流输出接P2端口,校准器接P3端口,三者不要越界。

使用说明

 


1.  输入电源电压: 10V 40V即P2 的Vcc 和PGND,  根据输出导线阻抗决定。航空产品一般接宽范围28V(16V 36V)。建议使用4 ~20mA电流环接受器在终端转换成电压。

2. 输出电流设置:

 (a) P4开路输出4 ~20mA电流:

  IOUT (mA)= 0.51·(V01 + 1.23) /RSET

 (b) P4短接,输出0 ~20mA电流:

  IOUT(mA)=0.51· V01 /RSET

V01是HJ1452 的输出电压。

如终端接250欧电阻(一般用精密电阻),输出4 ~20mA电流时,输出电压为1 ~5V;输出0 ~20mA电流时,输出电压为0 ~5V

  终端接收器一般形式如图:

                         图片7.png

3. 工作温度范围 -55 ℃    160 ℃ 

4. 外形尺寸:  变送器外形尺寸 28mm ×15mm×4.3mm

使用注意事项

1.  MAX1452校准系统的地不能与供电电源的地PGND相连。校准系统的地接变送器的GND1。

2.  硅压阻桥的低端始终不能与供电电源的地PGND相连,硅压阻桥的低端接在P1端口。 (实际上在变送器内部与GND1相连)

3.  变送器已将DIO和 V01 分开。

4.  校准后将UNLOCK与GND1相连接,可提高干扰能力。

5. 用MAX校准程序只针对MAX1452的电压输出完成即可,电压转电流环路不用校准。

6.  变送器调试电阻Rb取值由下式决定,2mA≤(Vcc - 6.25)/ Rb ≤ 10mA ,

7. 在Vcc 接近低电压10V或高40V时最好调整Rb值 。出厂时Rb 取值2.7K。

8. 关于Vcc 最小值,最大值的问题:

     Vcc max 不能大于40V , 受运放耐压限制。

     Vcc min 不能小于 20mA×(RSET + RT)+ 5V ,要给运放留够线性空间。

9. +Vcc  , PGND,  IOUT  三绞 ,可改善电磁兼容性。

10. 压阻桥的时漂靠该器件不能消除。

11. 建议用钩焊的方式连接外引出线。U形槽穿导线用。

12 该变送器常规的安装方式是利用两个ф2.5mm 的安装孔固定在基体上。但由于尺寸小,也可用热缩管加热固定。

13. 用户如有特殊需求,可根据用户要求订制。

14. 样品未做“三防”处理,建议用户做低温实验时,注意结冰/结霜的影响。

15. 变送器印制板见附图:

图片8.png

           4-20mA 硅压阻变送器正面

图片9.png

           4-20mA 硅压阻变送器反面

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