В современных системах промышленного управления низкое энергопотребление, высокая точность и гибкие возможности обработки сигналов стали критически важными требованиями. Микромощные инструментальные усилители (такие как AD8420, AD8236 и AD627) оказались идеальными решениями для удовлетворения этих потребностей. Они не только характеризуются низким энергопотреблением, но и обеспечивают гибкие возможности ввода и вывода, что делает их широко используемыми в конструкциях передатчиков/приемников с питанием по петле 4-20 мА. В этой статье подробно рассматриваются принципы проектирования, преимущества и сценарии применения конфигурируемых передатчиков/приемников с питанием по петле 4-20 мА с использованием микромощных инструментальных усилителей.

Микромощный инструментальный усилитель

Высокая точность и гибкость

С использованием микромощных инструментальных усилителей, таких как AD8420 и AD627, можно достичь высокой точности и гибкой обработки сигналов. В конфигурации передатчика входное напряжение сначала преобразуется в дифференциальный сигнал напряжения (в пределах ±1 В), подходящий для обработки AD8420 через резистивную сеть. Дифференциальное входное напряжение затем преобразуется в соответствующий токовый выход через архитектуру обратной связи по току, и этот ток преобразуется в ток петли 4-20 мА через измерительный резистор. В течение всего процесса энергопотребление схемы остается чрезвычайно низким, около 1 мА, что делает её очень подходящей для приложений с питанием по петле.

Принципы проектирования

Микромощные инструментальные усилители являются основными компонентами передатчиков/приемников с питанием по петле 4-20 мА, проектирование которых основано на точных схемных архитектурах и эффективных механизмах обработки сигналов. Например, AD8420 использует архитектуру обратной связи по току, обеспечивая выходное напряжение от шины к шине, которое полностью независимо от входного напряжения общего режима. Это позволяет AD8420 легко усиливать сигналы, находящиеся на уровне земли или немного ниже его, без необходимости в двухполярном питании, что особенно важно во многих промышленных применениях.

Сценарии применения и анализ преимуществ

В системах измерения давления:

Датчик преобразует сигнал давления в изменение сопротивления, которое обрабатывается мостовой схемой и инструментальным усилителем, а затем выдает токовый сигнал 4-20 мА в систему управления. Этот метод передачи сигнала обладает преимуществами простоты, надежности и высокой помехоустойчивости, что делает его подходящим для долгосрочного механического управления процессами.

В системах контроля температуры:

Датчик температуры (например, термометр сопротивления или термопара) преобразует температуру в соответствующий электрический сигнал, который обрабатывается прецизионным инструментальным усилителем и передается в форме сигнала 4-20 мА на центральный контроллер для дистанционного мониторинга и регулировки. Изменяя внешние резисторы, диапазон усиления может гибко настраиваться, адаптируясь к различным сценариям применения.

В системах мониторинга потока:

Датчик потока преобразует поток в электрический сигнал, который усиливается инструментальным усилителем и передается в систему управления через токовую петлю 4-20 мА. Этот метод передачи обладает преимуществами дальнего действия и высокой помехоустойчивости, что делает его подходящим для точного мониторинга потока в сложных условиях.

Микромощные инструментальные усилители обычно имеют высокий коэффициент подавления синфазного сигнала, эффективно подавляя синфазные помехи и улучшая качество сигнала. Это особенно важно в сложных промышленных условиях. Кроме того, эти устройства поддерживают широкий диапазон питающих напряжений, например, диапазон питающих напряжений AD8420 составляет от 12 В до 36 В (передатчик) и от 7 В до 36 В (приемник), что обеспечивает больше возможностей для различных сценариев применения.

Перспективы развития

С развитием микромощной технологии и снижением затрат конфигурируемые передатчики/приемники с питанием по петле 4-20 мА, основанные на микромощных инструментальных усилителях, найдут применение в большем числе областей. В будущем эти устройства будут больше сосредоточены на интеллектуальных системах, интеграции и сетевых решениях, чтобы удовлетворять все более сложные требования промышленной автоматизации и Интернета вещей (IoT). Характеристики низкого энергопотребления таких устройств также делают их широко используемыми в медицинских приборах. Например, в устройствах ЭКГ (электрокардиограмма) и ЭЭГ (электроэнцефалограмма) микромощные инструментальные усилители обеспечивают долгосрочную стабильную работу оборудования при снижении энергопотребления и тепловыделения.