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使用变送器的测试连接来测量电流和错误操作

来源: 作者: 发布日期:2020-05-29 13:53:08

使用变送器的测试连接来测量电流

如果我不得不将这篇文章的内容总结为一句话,那就是:

使用内阻过高而无法测量变送器测试连接上的电流的毫安表会导致错误的测量结果!

 

非常近,我看到几个人犯了这个错误,所以我决定在上面写一篇简短的博客文章。希望它将使您免于犯同样的错误。

要点是,在通过测试连接测量变送器电流时,很容易获得错误的mA测量结果。危险的部分是您甚至不一定会意识到这一点。

让我们看一下错误是什么以及如何避免它。

我也希望您了解该系统的工作原理,因此已经有了一些背景信息和教育理论。

准备?我们走吧…。

 

变送器的测试连接

许多过程变送器,特别是压力变送器,在连接面板中都有一个“ 测试连接 ”。它通常标有“ TEST ”(测试)文本,并且位于常规mA回路连接旁边。

我相信你已经看过了;在一个发射机中,它看起来像这样:
 

使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

 

测试连接的目的

测试连接的目的是能够  轻松测量流经变送器的环路电流,而无需断开电线或断开电流环路。 您只需将mA电表连接到TEST接口,就可以看到流经变送器的电流,因为所有电流现在都流经您的电表。 

当您断开电流表的连接时,所有电流开始再次流过测试连接中的内部二极管(我将在稍后说明二极管)。在任何时候,电流环路都不会中断。

 

原理图

作为工程师,我们只是喜欢原理图,所以我也需要在这里添加一些。

在发射器中,发射器内部的一个  二极管 连接在测试连接之间。二极管的一端连接到“环路”连接之一,二极管的另一端连接到测试连接。阅读时听起来很复杂,但这很简单。我相信图片会帮助您理解这一点……

使用原理图,通常看起来像这样:

使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

 

什么是二极管,它能工作吗?

为了更好地理解这种现象,我们需要查看什么是二极管及其工作原理。

二极管是由P和N材料制成的小型电子半导体组件。大多数电子设备内部都有许多二极管,甚至还有校准器……;-)

理想的二极管只能在一个方向上传导直流电流。当二极管上的电压正确变化时,理想的二极管将始终导通电流。实际上,这有点复杂,二极管也不理想。

这是理想二极管(左)和实际二极管(右)的特性:

 使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

 

正如我们从二极管的特性中看到的那样(实际的不是理想的),当二极管上的电压足够大并超过阈值电压时,正向电流开始流动。通常,对于硅二极管,阈值电压约为0.6V。当电压大于此阈值时,二极管“断开”,电流流过该二极管。当电压小于阈值时,二极管“闭合”,并且没有电流通过。

 

通过变送器的电流

在变送器的正常使用中,环路电源会影响二极管,因此二极管完全断开,所有环路电流都流过二极管。因此,实际上,二极管实际上并没有做任何事情,在正常操作中甚至不需要它,可以用短路代替。

但是,当您在二极管上连接毫安表时,所有电流都开始流经毫安表,并且不再有任何电流通过二极管。魔法!?好吧,没有魔术,只有电子产品。

下图显示了电流如何流过测试二极管(上方)或电流表(下方):

 

使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

嗯,这就是它应该如何工作的方法,但实际上并非总是如此。继续阅读...

 

毫安表如何工作?

为什么要谈论   毫安表的阻抗那是什么阻抗?

毫安表的正常制造方式是有一个准确的分流电阻(几欧姆),电流通过(下图中的R)。该电流在分流电阻上引起压降,通过使用A / D转换器测量该电压(图中的V),我们可以计算出电流。

其余的是根据欧姆定律的简单数学:I = U / R(电流=电压/电阻)。

使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

 

不幸的是,某些毫安表/校准器的阻抗过高,这会导致 电阻上的  电压降更大。在大多数应用中,更大的阻抗并不重要,但是通过变送器的测试连接就可以了。当电压降变大时,它会导致测试二极管开始打开,或者略微引起小泄漏电流,或者一直打开。

为什么要在mA表中设置更高的阻抗?使用更高的阻抗设计电流表可能会更容易,因为电压降会变得更高,并且由于电压信号会更高,因此在内部使用A / D转换器进行测量也变得更加容易。

例如,如果毫安表的内部阻抗高达50欧姆,那么在20 mA电流的情况下,这意味着毫安表(和测试连接的二极管)上的电压降为1 V,导致测试二极管完全打开(阈值0.6 V)。这意味着您的毫安表几乎不会显示任何电流,尽管有20mA的电流流经变送器,因为所有电流都流经测试连接。

上面的示例在实践中很容易注意到巨大的错误。但是,也有一些mA表的内部阻抗约为30 ohm。这意味着在电流较小的情况下,测量可以正常进行,但是当电流接近20 mA时,电压降接近0.6 V,测试二极管开始泄漏,部分电流流过二极管。这可能很难实现,从而导致您信任mA计的错误测量结果。

下图显示了如果电流表的阻抗过高,则电流如何部分流过电流表,部分流过测试二极管:

 

使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

 

由于电流在mA表和二极管之间分配,因此mA表仅显示部分电流,因此显示错误的结果。

 

压力变送器的实际测试

我用一种流行的压力变送器品牌测试了测试连接/二极管的特性。

测试的目的是观察电压变化时测试二极管的电流如何变化。

您可以在下面的图形中以及此后的文本和表格中查看该测试的结果。

使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

 

数据表:

使用变送器的测试连接测量电流-Beamex博客

 

例如,我们可以在结果中看到:

  • 如果要使误差小于0.01%,则非常好保持在275 mV以下-或使阻抗小于13.75欧姆。
  • 如果要使误差小于0.05%,则需要保持在375 mV(或18.75欧姆)以下。
  • 泄漏为400 mV时,电流开始快速增长(等于20 ohm mA表的阻抗)。
  • 泄漏为500 mV时,电流为0.2 mA,在测量20 mA电流(等于25 ohm mA仪表阻抗)时,误差超过1%。

作为该测试的结果/摘要,我可以说:

  • 只要您的毫安表的阻抗小于15欧姆,就可以使用。
  • 如果阻抗为25欧姆,则会在测量中引入超过1%的误差。

该测试在室温下进行。在更高的温度下,二极管的泄漏电流通常会更高,但是我在这里没有对其进行测试。

 

使用TEST连接的准确性效果

可以说,只要您的毫安表的阻抗足够小,使用测试连接的精度就足够好。如果您不知道电表的阻抗,则使用测试连接可能会有风险。

不同的变送器型号可能具有与我测试的型号不同的特性。

 

如何检查毫安表的阻抗?

如何检查正在使用的mA表或校准器的阻抗?尝试先检查规格数据表,因为那里经常提到它。如果未指定阻抗,则有时会将电压降(或“负载电压”)指定为在特定电流下的特定电压。这样,您可以计算阻抗(U / I)。例如,一种设备在20 mA时的规格为400mV,因此您知道阻抗为20欧姆。这意味着它将在20 mA中增加超过0.1%的误差。

有时,无论如何都没有规定阻抗。

如果规格中未提及,则可以通过不同方式找到它:

  • 首先,只需使用电阻计并测量mA计的阻抗。
  • 其次,您可以设置一个已知的电流通过毫安表,然后测量其上的电压降并计算阻抗/电阻(R = U / I)。例如,如果20mA通过电表且压降为0.2 V,则阻抗为10欧姆(0.2 V / 20 mA = 10欧姆)。

 

变送器手册

通过快速搜索压力变送器的用户手册,我仅发现一本流行的压力变送器的手册,并指出在测试连接中使用的毫安表的阻抗应小于或等于10欧姆。

是的,有时我确实会阅读手册……如果我真的需要……;-)

但是出于某种原因,我觉得一般而言,变送器制造商都没有提到足够多的信息,或者我只是错过了该信息(这不会是我非常好次错过任何信息……)。

 

其他测量mA的方法

当然,除了使用测试连接之外,还有其他方法可以测量变送器电流。

例如:

  • 断开电流回路,并与变送器串联添加一个毫安表。这是非常准确的方法,任何测试二极管泄漏都不会产生任何影响。
  • 我见过人们在变送器上安装一个精密电阻,然后测量电阻上的压降。然后,您可以计算电流而无需中断回路。当然,电阻器的精度会影响结果。
  • 您也可以使用钳形表来测量环路中的电流。虽然大多数情况下钳型表不是很准确。
  • 您也可以将外部二极管与变送器串联连接,并使用与测试连接相同的方式。如果需要与更高阻抗的mA表一起使用,可以串联添加几个二极管。

 

那么Beamex校准器又如何呢?

在Beamex校准器中,mA测量的阻抗始终小于10欧姆,通常约为7.5欧姆,因此您可以在变送器的测试连接中安全地使用它们。

但是,请注意,因为市场上还有一些知名品牌的校准器的mA阻抗太大,对于该应用而言太高了,会引起这些问题。


结论

我写这篇文章是因为我已经与人们多次碰到这个问题。我认为还有更多的地方可以欣赏这些信息。

好吧,至少当我下次问这个问题时,现在对我来说更容易回答。我只要求他们在博客中阅读答案……;-)

如果您发现此信息有用,请通过评论让我知道。

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