如果我不得不將這篇文章的內(nèi)容總結(jié)為一句話，那就是：

使用內(nèi)阻過高而無法測量變送器測試連接上的電流的毫安表會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的測量結(jié)果！

 

非常近，我看到幾個(gè)人犯了這個(gè)錯(cuò)誤，所以我決定在上面寫一篇簡短的博客文章。希望它將使您免于犯同樣的錯(cuò)誤。

要點(diǎn)是，在通過測試連接測量變送器電流時(shí)，很容易獲得錯(cuò)誤的mA測量結(jié)果。危險(xiǎn)的部分是您甚至不一定會(huì)意識(shí)到這一點(diǎn)。

讓我們看一下錯(cuò)誤是什么以及如何避免它。

我也希望您了解該系統(tǒng)的工作原理，因此已經(jīng)有了一些背景信息和教育理論。

準(zhǔn)備？我們走吧…。

 

變送器的測試連接

許多過程變送器，特別是壓力變送器，在連接面板中都有一個(gè)“ 測試連接 ”。它通常標(biāo)有“ TEST ”（測試）文本，并且位于常規(guī)mA回路連接旁邊。

我相信你已經(jīng)看過了；在一個(gè)發(fā)射機(jī)中，它看起來像這樣：
 

 

測試連接的目的

測試連接的目的是能夠  輕松測量流經(jīng)變送器的環(huán)路電流，而無需斷開電線或斷開電流環(huán)路。 您只需將mA電表連接到TEST接口，就可以看到流經(jīng)變送器的電流，因?yàn)樗�有電流現(xiàn)在都流經(jīng)您的電表。 

當(dāng)您斷開電流表的連接時(shí)，所有電流開始再次流過測試連接中的內(nèi)部二極管（我將在稍后說明二極管）。在任何時(shí)候，電流環(huán)路都不會(huì)中斷。

 

原理圖

作為工程師，我們只是喜歡原理圖，所以我也需要在這里添加一些。

在發(fā)射器中，發(fā)射器內(nèi)部的一個(gè)  二極管 連接在測試連接之間。二極管的一端連接到“環(huán)路”連接之一，二極管的另一端連接到測試連接。閱讀時(shí)聽起來很復(fù)雜，但這很簡單。我相信圖片會(huì)幫助您理解這一點(diǎn)……

使用原理圖，通�？雌饋硐襁@樣：

 

什么是二極管，它能工作嗎？

為了更好地理解這種現(xiàn)象，我們需要查看什么是二極管及其工作原理。

二極管是由P和N材料制成的小型電子半導(dǎo)體組件。大多數(shù)電子設(shè)備內(nèi)部都有許多二極管，甚至還有校準(zhǔn)器……；-)

理想的二極管只能在一個(gè)方向上傳導(dǎo)直流電流。當(dāng)二極管上的電壓正確變化時(shí)，理想的二極管將始終導(dǎo)通電流。實(shí)際上，這有點(diǎn)復(fù)雜，二極管也不理想。

這是理想二極管（左）和實(shí)際二極管（右）的特性：

 

 

正如我們從二極管的特性中看到的那樣（實(shí)際的不是理想的），當(dāng)二極管上的電壓足夠大并超過閾值電壓時(shí)，正向電流開始流動(dòng)。通常，對于硅二極管，閾值電壓約為0.6V。當(dāng)電壓大于此閾值時(shí)，二極管“斷開”，電流流過該二極管。當(dāng)電壓小于閾值時(shí)，二極管“閉合”，并且沒有電流通過。

 

通過變送器的電流

在變送器的正常使用中，環(huán)路電源會(huì)影響二極管，因此二極管完全斷開，所有環(huán)路電流都流過二極管。因此，實(shí)際上，二極管實(shí)際上并沒有做任何事情，在正常操作中甚至不需要它，可以用短路代替。

但是，當(dāng)您在二極管上連接毫安表時(shí)，所有電流都開始流經(jīng)毫安表，并且不再有任何電流通過二極管。魔法！？好吧，沒有魔術(shù)，只有電子產(chǎn)品。

下圖顯示了電流如何流過測試二極管（上方）或電流表（下方）：

 

嗯，這就是它應(yīng)該如何工作的方法，但實(shí)際上并非總是如此。繼續(xù)閱讀...

 

毫安表如何工作？

為什么要談?wù)?nbsp;  毫安表的阻抗？那是什么阻抗？

毫安表的正常制造方式是有一個(gè)準(zhǔn)確的分流電阻（幾歐姆），電流通過（下圖中的R）。該電流在分流電阻上引起壓降，通過使用A / D轉(zhuǎn)換器測量該電壓（圖中的V），我們可以計(jì)算出電流。

其余的是根據(jù)歐姆定律的簡單數(shù)學(xué)：I = U / R（電流=電壓/電阻）。

 

不幸的是，某些毫安表/校準(zhǔn)器的阻抗過高，這會(huì)導(dǎo)致 電阻上的  電壓降更大。在大多數(shù)應(yīng)用中，更大的阻抗并不重要，但是通過變送器的測試連接就可以了。當(dāng)電壓降變大時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致測試二極管開始打開，或者略微引起小泄漏電流，或者一直打開。

為什么要在mA表中設(shè)置更高的阻抗？使用更高的阻抗設(shè)計(jì)電流表可能會(huì)更容易，因?yàn)殡妷航禃?huì)變得更高，并且由于電壓信號(hào)會(huì)更高，因此在內(nèi)部使用A / D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測量也變得更加容易。

例如，如果毫安表的內(nèi)部阻抗高達(dá)50歐姆，那么在20 mA電流的情況下，這意味著毫安表（和測試連接的二極管）上的電壓降為1 V，導(dǎo)致測試二極管完全打開（閾值0.6 V）。這意味著您的毫安表幾乎不會(huì)顯示任何電流，盡管有20mA的電流流經(jīng)變送器，因?yàn)樗�有電流都流�?jīng)測試連接。

上面的示例在實(shí)踐中很容易注意到巨大的錯(cuò)誤。但是，也有一些mA表的內(nèi)部阻抗約為30 ohm。這意味著在電流較小的情況下，測量可以正常進(jìn)行，但是當(dāng)電流接近20 mA時(shí)，電壓降接近0.6 V，測試二極管開始泄漏，部分電流流過二極管。這可能很難實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致您信任mA計(jì)的錯(cuò)誤測量結(jié)果。

下圖顯示了如果電流表的阻抗過高，則電流如何部分流過電流表，部分流過測試二極管：

 

 

由于電流在mA表和二極管之間分配，因此mA表僅顯示部分電流，因此顯示錯(cuò)誤的結(jié)果。

 

壓力變送器的實(shí)際測試

我用一種流行的壓力變送器品牌測試了測試連接/二極管的特性。

測試的目的是觀察電壓變化時(shí)測試二極管的電流如何變化。

您可以在下面的圖形中以及此后的文本和表格中查看該測試的結(jié)果。

 

數(shù)據(jù)表：

 

例如，我們可以在結(jié)果中看到：

• 如果要使誤差小于0.01％，則非常好保持在275 mV以下-或使阻抗小于13.75歐姆。
• 如果要使誤差小于0.05％，則需要保持在375 mV（或18.75歐姆）以下。
• 泄漏為400 mV時(shí)，電流開始快速增長（等于20 ohm mA表的阻抗）。
• 泄漏為500 mV時(shí)，電流為0.2 mA，在測量20 mA電流（等于25 ohm mA儀表阻抗）時(shí)，誤差超過1％。

作為該測試的結(jié)果/摘要，我可以說：

• 只要您的毫安表的阻抗小于15歐姆，就可以使用。
• 如果阻抗為25歐姆，則會(huì)在測量中引入超過1％的誤差。

該測試在室溫下進(jìn)行。在更高的溫度下，二極管的泄漏電流通常會(huì)更高，但是我在這里沒有對其進(jìn)行測試。

 

使用TEST連接的準(zhǔn)確性效果

可以說，只要您的毫安表的阻抗足夠小，使用測試連接的精度就足夠好。如果您不知道電表的阻抗，則使用測試連接可能會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。

不同的變送器型號(hào)可能具有與我測試的型號(hào)不同的特性。

 

如何檢查毫安表的阻抗？

如何檢查正在使用的mA表或校準(zhǔn)器的阻抗？嘗試先檢查規(guī)格數(shù)據(jù)表，因?yàn)槟抢锝?jīng)常提到它。如果未指定阻抗，則有時(shí)會(huì)將電壓降（或“負(fù)載電壓”）指定為在特定電流下的特定電壓。這樣，您可以計(jì)算阻抗（U / I）。例如，一種設(shè)備在20 mA時(shí)的規(guī)格為400mV，因此您知道阻抗為20歐姆。這意味著它將在20 mA中增加超過0.1％的誤差。

有時(shí)，無論如何都沒有規(guī)定阻抗。

如果規(guī)格中未提及，則可以通過不同方式找到它：

• 首先，只需使用電阻計(jì)并測量mA計(jì)的阻抗。
• 其次，您可以設(shè)置一個(gè)已知的電流通過毫安表，然后測量其上的電壓降并計(jì)算阻抗/電阻（R = U / I）。例如，如果20mA通過電表且壓降為0.2 V，則阻抗為10歐姆（0.2 V / 20 mA = 10歐姆）。

 

變送器手冊

通過快速搜索壓力變送器的用戶手冊，我僅發(fā)現(xiàn)一本流行的壓力變送器的手冊，并指出在測試連接中使用的毫安表的阻抗應(yīng)小于或等于10歐姆。

是的，有時(shí)我確實(shí)會(huì)閱讀手冊……如果我真的需要……；-)

但是出于某種原因，我覺得一般而言，變送器制造商都沒有提到足夠多的信息，或者我只是錯(cuò)過了該信息（這不會(huì)是我非常好次錯(cuò)過任何信息……）。

 

其他測量mA的方法

當(dāng)然，除了使用測試連接之外，還有其他方法可以測量變送器電流。

例如：

• 斷開電流回路，并與變送器串聯(lián)添加一個(gè)毫安表。這是非常準(zhǔn)確的方法，任何測試二極管泄漏都不會(huì)產(chǎn)生任何影響。
• 我見過人們在變送器上安裝一個(gè)精密電阻，然后測量電阻上的壓降。然后，您可以計(jì)算電流而無需中斷回路。當(dāng)然，電阻器的精度會(huì)影響結(jié)果。
• 您也可以使用鉗形表來測量環(huán)路中的電流。雖然大多數(shù)情況下鉗型表不是很準(zhǔn)確。
• 您也可以將外部二極管與變送器串聯(lián)連接，并使用與測試連接相同的方式。如果需要與更高阻抗的mA表一起使用，可以串聯(lián)添加幾個(gè)二極管。

 

那么Beamex校準(zhǔn)器又如何呢？

在Beamex校準(zhǔn)器中，mA測量的阻抗始終小于10歐姆，通常約為7.5歐姆，因此您可以在變送器的測試連接中安全地使用它們。

但是，請注意，因?yàn)槭袌錾线�有一些知名品牌的校準(zhǔn)器的mA阻抗太大，對于該應(yīng)用而言太高了，會(huì)引起這些問題。

結(jié)論

我寫這篇文章是因?yàn)槲乙呀?jīng)與人們多次碰到這個(gè)問題。我認(rèn)為還有更多的地方可以欣賞這些信息。

好吧，至少當(dāng)我下次問這個(gè)問題時(shí)，現(xiàn)在對我來說更容易回答。我只要求他們在博客中閱讀答案……;-)

如果您發(fā)現(xiàn)此信息有用，請通過評(píng)論讓我知道。