一種電流型二線制光照強度變送器的設計

摘要：現階段對電流型二線制光照強度變送器的研究還相對較少，設計的光照強度變送器普遍存在精度不高，線性度不好，性能不夠穩定，不能輸出標準4～20 mA電流信號的問題。介紹了一種電流型二線制光照強度變速器的設計，其結構由光照強度轉電壓電路、電壓范圍轉換電路、電壓轉電流電路以及穩壓電源產生電路組成。實驗結果表明該變送器具有精度高、線性度好、功耗低，能夠穩定可靠地輸出標準4～20mA電流的特點。
關鍵詞：電流型；光照強度；二線制；變送器；高精度

由于電流信號抗干擾能力強，目前工業上廣泛采用4～20mA電流信號來傳輸模擬量，所以現階段廣泛應用的變送器主要以電流型變送器為主。而根據電流型變送器所外接線的多少，一般可以把電流型變送器分為電流型三線制變送器和電流型二線制變送器。電流型三線制變送器一般外接三根線，分別是兩根電源線與一根電流輸出線；電流型二線制變送器則一般外接兩根線，兩根均為電源線，電源電流即為所要輸出的電流。電流型三線制變送器存在著很明顯的缺點，其傳輸信號必須用3根線，且為了降低信號干擾，通常線纜中還需要加屏蔽線，所以當需要進行長距離傳輸時，其線纜成本較高，且安裝也比較復雜，這在很大程度上限制了其在工業領域的應用。相比之下，電流型二線制變送器只需要用簡單的雙絞線就可以進行信號傳輸，且雙絞線受干擾較小，不需要額外添加屏蔽線，當進行遠距離傳輸時，電流型二線制變送器相比電流型三線制變送器具有突出的成本優勢，所以現階段對電流型二線制變送器的研究具有重要意義。
目前國內外已經有一些針對溫度、濕度等物理量的電流型二線制變送器的研究，而針對光照強度的電流型二線制變送器的研究則相對較少。由于光照強度與溫度、濕度等物理量之間的差異性，很多時候不能將針對溫度濕度等物理量的電流型二線制變送器電路直接應用于電流型二線制光照強度變送器上。另外，目前已有設計的一些光照強度變送器普遍存在精度不高，線性度不好，性能不夠穩定，不能輸出標準4～20mA電流信號的問題。為此，這里設計了一種電流型二線制光照強度變送器，其具有精度高、線性度好、功耗低的特點，能夠穩定可靠地輸出標準4～20 mA電流信號，從而有效地解決了前面介紹的問題。

1 變送器系統組成
如圖1所示，電流型二線制光照強度變送器電路，其結構主要包括光照強度轉電壓電路，電壓范圍轉換電路，電壓轉電流電路，穩壓電源產生電路4部分。

光照強度轉電壓電路主要實現將硅光電池產生的極其微弱的電流信號轉化為后面可處理的0～5 V輸出電壓；電壓范圍轉換電路則將0～5 V電壓信號轉換為0．4～2 V電壓信號；電壓轉電流電路實現將0．4～2 V電壓轉化為4～20 mA電流信號；穩壓電源產生電路則實際上利用了產生的4～20 mA電流為前端光照強度轉電壓電路、電壓范圍轉換電路提供穩定的供電電壓，從而能最大限度減小外接電源供電電壓變動對變送器性能的影響。