ПРИМЕНЕНИЕ ИМС ИЗОЛИРОВАННЫХ АЦП ADE7912/ADE7913 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ В ТОКОВОЙ ПЕТЛЕ

В промышленности широко применяются датчики и другие источники сигналов с токовой петлей на выходе. Как правило, диапазон токов в токовой петле находится в пределах от 4 до 20 мА. Упрощенная функциональная схема токовой петли приведена на рис. 1.

Рис. 1. Упрощенная функциональная схема токовой петли

Основными преимуществами токовой петли являются ее устойчивость к промышленным помехам и возможность передачи информационного сигнала на большое расстояние (в пределах цеха или предприятия). Кроме того, токовая петля позволяет передавать по двум проводам сигналы различных датчиков, которые достаточно просто могут быть преобразованы в цифровой код.

Рис. 2. Функциональная схема устройства кодирования токов в токовой петле

Функциональная схема устройства кодирования токов в токовой петле приведена на рис. 2. Резистор на входе приемника преобразует ток датчика в напряжение, которое затем преобразуется аналого-цифровым преобразователем в код. Для обеспечения высокой помехоустойчивости АЦП развязан по цепям питания и сигнальным цепям, связывающим его с микроконтроллером. такое решение может быть легко реализовано на основе ИМС изолированных АЦП типа ADE7912/ADE7913 (рис. 3).

Рис. 3. Функциональная схема изолированного АЦП ADE7912

Функциональная схема устройства для измерения тока в токовой петле с применением ИМС изолированного АЦП приведена на рис. 4.

Рис. 4. Функциональная схема измерителя тока в токовой петле с применением АЦП ADE7912/ADE7913

Перед началом использования АЦП необходимо откалибровать в начальной и конечной точках шкалы. Компания Analog Devices поставляет отладочные платы для проверки работы измерителя тока в токовой петле (рис. 5).

Рис. 5. Схема включения отладочных плат для проверки измерителя тока

ИМС AD5421представляет собой 16-разрядный токовый ЦАП с гарантированной монотонностью передаточной характеристики, интегральной нелинейностью 0.0015%, погрешностью смещения нуля 0.0021% и погрешностью в конечной точке шкалы 0.0006%. Внешний резистор Rприемника, сопротивление которого равно 15.1 Ом, предназначен для преобразования, генерируемого цифро-аналоговым преобразователем тока в напряжение.
На рис. 6 приведена диаграмма передаточной характеристики изолированного АЦП ADE7913 при кодировании преобразованного в напряжение тока в диапазоне от 4 до 20 мА.

Рис. 6. Передаточная характеристика измерителя тока в диапазоне токов от 4 до 20 мА

Рис. 7. Погрешность нелинейности в зависимости от тока в диапазоне от 4 до 20 мА

Погрешность нелинейности при изменении тока, как показано на рис. 7, не превышает 0.04%.

ВЫВОДЫ
1. Множество промышленных датчиков и других приборов и устройств в качестве выхода имеют токовую петлю с диапазоном токов от 4 до 20 мА.
2. Измерение этих токов может быть выполнено с высокой точностью ИМС АЦП ADE7912/ADE7913 производства компании Analog Devices.