一種電流型二線(xiàn)制光照強度變送器的設計

摘要：現階段對電流型二線(xiàn)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(xiàn)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(wèn)題。介紹了一種電流型二線(xiàn)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(chǎn)生電路組成。實(shí)驗結果表明該變送器具有精度高、線(xiàn)性度好、功耗低，能夠穩定可靠地輸出標準4～20mA電流的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電流型；光照強度；二線(xiàn)制；變送器；高精度

由于電流信號抗干擾能力強，目前工業(yè)上廣泛采用4～20mA電流信號來(lái)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(xiàn)的多少，一般可以把電流型變送器分為電流型三線(xiàn)制變送器和電流型二線(xiàn)制變送器。電流型三線(xiàn)制變送器一般外接三根線(xiàn)，分別是兩根電源線(xiàn)與一根電流輸出線(xiàn)；電流型二線(xiàn)制變送器則一般外接兩根線(xiàn)，兩根均為電源線(xiàn)，電源電流即為所要輸出的電流。電流型三線(xiàn)制變送器存在著(zhù)很明顯的缺點(diǎn)，其傳輸信號必須用3根線(xiàn)，且為了降低信號干擾，通常線(xiàn)纜中還需要加屏蔽線(xiàn)，所以當需要進(jìn)行長(cháng)距離傳輸時(shí)，其線(xiàn)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(yè)領(lǐng)域的應用。相比之下，電流型二線(xiàn)制變送器只需要用簡(jiǎn)單的雙絞線(xiàn)就可以進(jìn)行信號傳輸，且雙絞線(xiàn)受干擾較小，不需要額外添加屏蔽線(xiàn)，當進(jìn)行遠距離傳輸時(shí)，電流型二線(xiàn)制變送器相比電流型三線(xiàn)制變送器具有突出的成本優(yōu)勢，所以現階段對電流型二線(xiàn)制變送器的研究具有重要意義。
目前國內外已經(jīng)有一些針對溫度、濕度等物理量的電流型二線(xiàn)制變送器的研究，而針對光照強度的電流型二線(xiàn)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(shí)候不能將針對溫度濕度等物理量的電流型二線(xiàn)制變送器電路直接應用于電流型二線(xiàn)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(xiàn)性度不好，性能不夠穩定，不能輸出標準4～20mA電流信號的問(wèn)題。為此，這里設計了一種電流型二線(xiàn)制光照強度變送器，其具有精度高、線(xiàn)性度好、功耗低的特點(diǎn)，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(wèn)題。

1 變送器系統組成
如圖1所示，電流型二線(xiàn)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(chǎn)生電路4部分。

光照強度轉電壓電路主要實(shí)現將硅光電池產(chǎn)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(shí)現將0．4～2 V電壓轉化為4～20 mA電流信號；穩壓電源產(chǎn)生電路則實(shí)際上利用了產(chǎn)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(dòng)對變送器性能的影響。