4-20mA信號源通常由過程校驗(yàn)儀提供，但其價(jià)格不菲。在現(xiàn)場維修中只是想用4-20mA電流信號來檢査儀表，及判斷故障所在時(shí)，用高檔過程校驗(yàn)儀是有點(diǎn)大材小用，尤其是一些中小企業(yè)，由于儀表數(shù)量有限，儀表工如能自己動手做一個(gè)簡易的電流信號源，既滿足了需要還鍛煉了動手能力，何樂而不為。
4-20mA電流信號源制作方案
用三端穩(wěn)壓器來制作電流信號源，其電路簡單、價(jià)格低、取材容易，且固定式或可調(diào)式三端穩(wěn)壓器都可以用來制作電流信號源。LM317是一種三端可調(diào)正電壓穩(wěn)壓器，LM317的外形及引腳昌暉儀表建議參閱產(chǎn)品技術(shù)資料，如果在調(diào)節(jié)端和輸出端之間接一個(gè)可調(diào)電阻，就可組成可調(diào)式的精密穩(wěn)流器。LM317產(chǎn)品資料推薦的穩(wěn)流電路如圖1所示，LM317屬三端浮動穩(wěn)壓器，工作時(shí)，LM317建立并保持輸出與調(diào)節(jié)端之間1.25V的標(biāo)稱參考電壓Vref，而調(diào)節(jié)端的電流IAdj被設(shè)計(jì)和控制在100μA以下，并使其恒定不變。則該電路的輸出電流為：
式中Vref為標(biāo)稱參考電壓，為1.25V；IAdj為調(diào)節(jié)端電流；R1為編程電阻。
圖1 LM317產(chǎn)品資料推薦的穩(wěn)流電路
廠商推薦該電路的最小穩(wěn)定電流為10mA。但LM317的最小穩(wěn)定工作電流一般為1.5mA。LM317的生產(chǎn)廠不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也會略有差別。當(dāng)LM317的輸出電流大于最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，LM317就能正常工作。通過實(shí)際應(yīng)用LM317是可滿足4-20mA使用的。
4-20mA電流信號源制作方法
用LM317制作的穩(wěn)流源如圖2所示，LM317的輸入Vin端接電源的正極，輸出Vout端接電阻后為穩(wěn)流輸出，調(diào)節(jié)端則直接接至穩(wěn)流輸出端Iout，負(fù)載RL則接在輸出端Iout與電源負(fù)極間。由于LM317的標(biāo)稱參考電壓Vref為1.25V，且這個(gè)電壓是保持不變的，這個(gè)電壓就在Vout端與調(diào)節(jié)端ADj兩端，也就是電阻R1與RP1的兩端，如果電阻值是固定的，電壓也是固定的，則流過負(fù)載RL的電流就可以做到恒定不變。即電流Iout為：
利用上式就可確定R1與RP1的電阻值，當(dāng)輸出電流為4mA時(shí)：
當(dāng)輸出電流為20mA時(shí)：
圖2 LM317穩(wěn)流源電路原理圖
當(dāng)電阻R1與RP1的變化范圍為312.5-62.5Ω時(shí)，其輸出電流為4-20mA，以上的計(jì)算是理想狀態(tài)。由于電子元件參數(shù)的離散性，在選擇電阻值時(shí)要考慮到一定的可調(diào)整性，因此，選擇一個(gè)51Ω的固定電阻再串聯(lián)一個(gè)360Ω的電位器，就可實(shí)現(xiàn)4-20mA電流可調(diào)了。51Ω的電阻用錳銅電阻線繞制，360Ω的電位器則選擇X型的多圈線繞式電位器。經(jīng)過實(shí)際調(diào)試，本穩(wěn)流器的工作電源在9-24V范圍內(nèi)都可正常工作。為了現(xiàn)場攜帶的方便也曾試過把供電電源減小至7.5V，但發(fā)現(xiàn)調(diào)不到20mA，從LM317的資料上知，其輸出電壓是變化的，并有一定的電壓差要求，況且在輸出20mA時(shí)，其輸出端電壓也必須是大于或等于5V的。
從式知由于電阻減小時(shí)輸出電流是增加的，而電阻增大時(shí)輸出電流是減小的。但是人們習(xí)慣的調(diào)整方向是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電位器時(shí)輸出增大，而逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)電位器時(shí)輸出減小，因此在焊接電位器的引腳時(shí)要注意這一關(guān)系，以滿足操作習(xí)慣。
信號源的供電采取自備及外接形式，可使用一節(jié)6F22型9V的疊層電池，如果現(xiàn)場有電源時(shí)，則采用外接電源的方式，但要把電源開關(guān)S斷開，為了防止誤操作，在疊層電池電路中串了一只1N4001的二極管V作保護(hù)。
4-20mA電流信號源使用方法
該電流源可用來代替變送器的輸出電流，可用來在現(xiàn)場檢查變送器至控制室的電流信號傳輸是否正常、數(shù)顯儀表有沒有指示或能否按電流信號的增、減而變化；但不一定需要電流輸出信號的具體數(shù)值，只要輸出信號能增大或減少變化就行了。而在實(shí)驗(yàn)室檢查數(shù)顯儀表時(shí)可作電流信號源使用使用前先接好相關(guān)的連線，把電位器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到4mA，在輸出接線柱上接入要檢查的數(shù)顯儀表，并在被檢查儀表的輸入端串聯(lián)接入標(biāo)準(zhǔn)電流表，或通過250Ω電阻并聯(lián)接入數(shù)字電壓表；接通工作電源后調(diào)整電位器RP1，以得到需要的電流信號值，而輸出電流值應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)電流表或數(shù)字電壓表的指示為準(zhǔn)。
昌暉儀表儀表制造有限公司分享的這種簡易4-20mA電流信號源的制作方法，屬于簡易儀表工具的DIY，如果要保證信號輸出和測量的精度和可靠性，建議還是購買專業(yè)過程校驗(yàn)儀YR-100，專業(yè)信號發(fā)生器信號輸出和測量可同時(shí)完成，只不過成本比文中所介紹的簡易4-20mA電流信號源要高。
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