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4-20mA采集板的精度怎么分:从采样电阻到校准的六步
苏州永节电子科技有限公司
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做4-20mA采集板,先别急着挑24位ADC。精度是分出来的,不是买出来的。下面按信号链从后往前拆,每一步给出常见的分配比例。

先定总误差预算。工业现场常见的口径是满量程±0.1%到±0.2%,折到16mA跨度上就是16μA到32μA。这个数决定后面每个器件能用多少钱,也决定要不要做温度补偿。

采样电阻。把4-20mA变成电压,通常用100Ω到250Ω。100Ω在20mA时是2V,功耗40mW,用0805的25ppm/℃电阻就够;250Ω要到5V,功耗100mW,得用1206或两只并联,否则自热漂移会吃掉预算。电阻精度0.1%、温漂25ppm是这条链上性价比最高的一环。

运放与共模。采样电阻上的信号很小,前端用低失调运放做差分放大,失调电压要折算到输入端:比如失调25μV,在100Ω上相当于0.25μA,占16μA预算的1.6%,可以接受。共模范围要覆盖0到电源电压,轨到轨输入在这里是必要的。

ADC与基准。12位ADC在16mA跨度上的分辨率是3.9μA,量化误差按±0.5LSB算是2μA,占预算一成多。基准的温漂直接乘进读数,用25ppm/℃的基准,在0到50℃范围内引入约0.125%的漂移,这一项要单独算,不能忽略。

滤波与采样时序。现场干扰多为50Hz及其谐波,采样窗口取20ms的整数倍做平均,或在硬件上加截止频率10Hz到30Hz的二阶低通。软件上做滑动平均会把响应拖慢,采集周期和滤波长度要一起定。

校准。两点校准只能修掉增益与偏移,修不掉非线性与温漂。做法是:常温两点校准,高温与低温各补一点,把系数存进EEPROM,开机自检时读回。批量时抽检5%做复核。

几个现场常见问题。采样电阻的地接到板内信号地而不是功率地,否则继电器动作时的地弹会直接进ADC;输入端加RC与TVS,但串联电阻不要大于100Ω,否则会破坏4-20mA回路的合规电压;长线现场把屏蔽层单端接地,变送器侧浮空。

苏州永节电子科技有限公司自2005年起做单片机开发与定制控制板,4-20mA与0-10V采集、RS-485与CAN通信、继电器输出都在批量项目里做过。具体规格与价格面议,技术资料见 www.yjeie.com。


 

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