Электроника:Постоянный ток/Сигналы электрического оборудования/Системы сигналов силы тока

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Системы сигналов силы тока[1]

Источник тока

За счёт использования электронных усилителей можно разрабатывать схемы с постоянной величиной силы тока (а не постоянной величиной напряжения как в предыдущей лекции). Такой набор компонентов известен как источник тока (в предыдущих главах мы почти всегда использовали аккумуляторы, являющиеся источником напряжения), и его символ выглядит следующим образом:

Рис. 1. Символ источника тока на электрических схемах.

Источник тока генерирует на своих выводах столько напряжения, сколько необходимо для создания постоянного тока. Это полная противоположность источнику напряжения (до этого, кстати, рассматриваемой всегда в качестве идеальной батареи, не учитывающей, например, в схемах деградацию химических источников питания), который будет выдавать столько тока, сколько требуется внешней схеме для поддержания постоянного выходного напряжения.

Рис. 2. Источник постоянного тока с регулируемым напряжением.

Источники тока могут быть сконструированы как регулируемые устройства, как и источники напряжения, и могут быть спроектированы для выработки очень точных постоянных величин силы тока. Если бы передающее устройство было сконструировано с источником переменного тока вместо источника переменного напряжения, мы могли бы разработать систему контрольно-измерительных сигналов, основанную на силе тока, а не на напряжении:

Рис. 3. Схема сигнальной системы, использующей источник тока, а не источник напряжения.

На данном этапе нам интересны не принципы работы источника тока для передатчика, а то, что его выходной сигнал изменяется в ответ на внешние изменения, точно так же, как настройка потенциометра в системе сигналов, основанных на напряжении изменяла выходное напряжение в соответствии с плавающим положением (например, изменяющееся положение поплавка в резервуаре при изменении уровня воды из предыдущих лекций). Обратите внимание, что индикатор датчика теперь представляет собой амперметр, а не вольтметр (шкала, как всегда, откалибрована в дюймах, футах или метрах водяного столба в резервуаре). Поскольку схема представляет собой последовательную конфигурацию (с учётом сопротивления кабеля), сила тока будет одной и той же для всех элементов цепи. С сопротивлением кабеля или без него, но сила тока на индикаторе будет точно такой же, как и на датчике, и, следовательно, не возникает ошибок, с которыми мы столкнулись в системе сигналов напряжения. Эта гарантия отсутствия потерь является решающим преимуществом современных сигнальных систем при перенапряжении.

Токовая петля 4-20 мА

Наиболее распространенным в современном мире стандартом сигнала, основанного на силе тока является контур (синоним в данном случае для понятия «петля»), производящий силу тока от 4 до 20 мА (4-20 мА), где 4 мА соответствуют 0% измерения, 20 мА – 100%, 12 мА – 50% и т.д. Удобной особенностью такого эталона является лёгкость преобразования сигнала в индикаторные приборы, рассчитанные на напряжение 1-5 В. Простой прецизионный резистор на 250 Ом, подключённый последовательно, будет производить падение напряжения 1 В при 4 мА, падение напряжения 5 В при 20 мА и т.д.:

Рис. 4. Схема токовой петли 4-20 мА.

Процент измерения Сигнал 4-20 мА 1-5 В сигнал 0 4,0 мА 1,0 В 10 5,6 мА 1,4 В 20 7,2 мА 1,8 В 25 8,0 мА 2,0 В 30 8,8 мА 2,2 В 40 10,4 мА 2,6 В 50 12,0 мА 3,0 В 60 13,6 мА 3,4 В 70 15,2 мА 3,8 В 75 16,0 мА 4,0 В 80 16,8 мА 4,2 В 90 18,4 мА 4,6 В 100 20,0 мА 5,0 В

Диапазон силы тока 4-20 мА не всегда соответствует стандартам для современных инструментов: какое-то время был распространён также стандарт 10-50 миллиампер, но подобные стандарты на сегодняшний день уже устарели. Одним из преимуществ токовой петли 4-20 мА является безопасность: при более низких напряжениях цепи и более низких уровнях силы тока (например, по сравнению с вышеупомянутыми 10-50 мА), меньше вероятность поражения электрическим током и/или образования искр, способных вызвать пожар из-за легковоспламеняющейся атмосферы в определённых промышленных условиях.

Итог

  • Источник тока – это устройство (обычно состоящее из нескольких электронных компонентов), которое выводит постоянное количество тока в цепь, аналогично источнику напряжения (т.н. идеальная батарея), который подаёт постоянное напряжения.
  • Контрольно-измерительная схема с токовым «контуром» основана на принципах последовательных схем, когда сила ток для всех элементов одинакова, что гарантирует отсутствие погрешности измерений (которые могли бы возникнуть из-за сопротивления проводки).
  • Наиболее распространенным в современном мире стандартом аналогового сигнала, основанного на силе тока является «токовая петля 4-20 мА».

См.также

Внешние ссылки