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

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
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.
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.
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.
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.
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
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 тока 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