使用变送器的测试连接测量电流-不要犯这个错误!

如果让我用一句话来概括这篇文章的内容，那就是:

使用内部阻抗过高的mA表测量发射器测试连接上的电流将导致错误的测量结果!

最近，我看到一些人犯了这样的错误，所以我决定写一篇简短的博客文章。希望它能让你们中的一些人避免犯同样的错误。

主要的一点是，当您通过测试连接测量发射机电流时，很容易产生错误的mA测量结果。危险的是你甚至都没有意识到这一点。

让我们来看看这个错误是什么以及如何避免它。

我还想让你们了解这个系统是如何工作的，因此有一些背景信息和背后的教育理论。

准备好了吗?让我们去…

变送器试验连接

许多过程变送器，特别是压力变送器，有一个“测试连接连接面板。它通常标有"测试文本，它位于正常mA环路连接的旁边。

我相信你们已经看过了;在一个发射器中，它看起来是这样的:

测试连接的目的

测试连接的目的是能够轻松测量通过变送器的回路电流，而不需要断开电线或断开电流回路。你只需将电流表连接到TEST连接，你就可以看到通过变送器的电流，因为所有的电流现在都通过了电流表。

当你断开你的电流表，所有的电流开始再次通过内部二极管(我将很快解释二极管)在测试连接。在任何一点上，电流循环中都没有切断。

图表

作为工程师，我们只是喜欢原理图，所以我需要在这里添加一些。

在发射机中，有一个二极管内部的变送器之间连接有测试连接。二极管的一端连接到一个“环路”连接，二极管的另一端连接到测试连接。读起来很复杂，其实很简单。我相信一张图片会帮助你理解这个……

在原理图中，它通常是这样的:

什么是二极管，它工作吗?

为了更好地理解这种现象，我们需要看看二极管是什么以及它是如何工作的。

二极管是用磷和氮材料制成的小型电子半导体元件。大多数电子设备内部都有许多二极管，甚至校准器…;-)

理想的二极管只在一个方向上导电直流电流。当二极管上的电压正确时，理想的二极管将始终导电。在实际应用中，这种方法比较复杂，二极管也不理想。

以下是理想二极管(左)和现实二极管(右)的特性:

正如我们在二极管(真实的二极管，不是理想的二极管)的特性中所看到的，当二极管上的电压足够大并超过阈值电压时，正向电流开始流动。通常，硅二极管的阈值电压约为0.6 V。当电压超过这个阈值时，二极管“打开”，电流通过它。当电压小于阈值时，二极管“关闭”，没有电流通过。

通过发射机的电流

在发射机的正常使用中，回路供电影响二极管，因此二极管是全开的，所有回路电流都通过二极管。所以实际上，二极管并没有做任何事情，在正常运行中甚至不需要它，可以用短路来替换。

但是当你在二极管上连接一个mA电流表时，所有的电流都开始通过mA电流表，没有电流再通过二极管了。魔法! ?没有魔法，只有电子设备。

下图显示电流如何通过测试二极管(上图)或mA计(下图):

好吧，这就是它应该如何工作，但在实践中并不总是这样工作。继续阅读…

mA表是如何工作的?

我为什么说这个阻抗毫安计的多少?这个阻抗是什么?

电流表通常是建立在一个精确的分流电阻，几欧姆，电流通过(下图中的R)。这个电流导致分流电阻上的电压降，通过用a /D转换器测量这个电压(图中V)，我们可以计算出电流。

剩下的就是简单的数学，根据欧姆定律:I = U/R(电流=电压/电阻)。

不幸的是，一些mA仪表/校准器的阻抗有点太高，这导致电压降在电阻上变大。在大多数应用中，较大的阻抗不是关键，但与发射机的测试连接是。当电压降变大时，它会导致测试二极管开始打开，要么轻微导致小泄漏电流，要么一直打开。

为什么要在电流表中设置更高的阻抗?使用更高一点的阻抗设计mA表可能更容易，因为电压降会变得更高，而且更容易用a /D转换器内部测量它，因为电压信号更高。

例如,如果马的内部阻抗计将高达50欧姆,然后用20 mA电流这意味着马计上的电压降(和测试连接二极管)将1 V导致测试二极管完全开放(阈值0.6 V)。这就意味着你的马米将显示几乎没有电流,尽管有一个20 mA电流通过发射机,随着当前所有测试连接。

上述例子的那种巨大错误在实践中很容易注意到。但也有一些电流表有大约30欧姆的内部阻抗。这意味着在较小的电流下，测量工作正常，但当接近20 mA时，压降接近0.6 V，测试二极管开始泄漏，部分电流通过二极管。这可能很难实现，导致你相信你的电流表的错误测量结果。

下图显示了电流如何部分通过mA表和部分通过测试二极管，如果mA表的阻抗太高:

由于电流在电流表和二极管之间分裂，电流表只显示部分电流，因此显示错误的结果。

压力变送器的实际测试

我用一个流行品牌的压力变送器测试了测试连接/二极管的特性。

测试的目的是看当电压变化时，测试二极管的电流如何变化。

您可以在下面的图表中看到该测试的结果，以及后面的文本和表格中。

数据表:

例如，我们可以从结果中看到:

• 如果您希望误差小于0.01%，您最好保持在约275 mV以下-或阻抗小于13.75欧姆。
• 如果您希望误差小于0.05%，则需要保持在375 mV(或18.75欧姆)以下。
• 在400毫伏泄漏时，电流开始快速增长(等于20欧姆mA仪表阻抗)。
• 在500mv泄漏时，电流为0.2 mA，当测量20ma电流(等于25欧姆mA仪表阻抗)时，误差超过1%。

作为这次测试的结果/总结，我可以说:

• 只要你的电流表的阻抗小于15欧姆，你就可以开始了。
• 如果阻抗为25欧姆，测量误差将超过1%。

使用TEST连接的精度效果

我们可以说，只要你有阻抗足够小的电流表，使用测试连接的精度就足够好了。如果您不知道仪表的阻抗，使用测试连接可能有风险。

不同的发射机模型可能与我测试的发射机具有不同的特性。

如何检查电流表的阻抗?

如何检查电流计，或校准器，你正在使用，看看它有什么阻抗?试着先检查一下规格数据表，因为它经常被提到。如果没有指定阻抗，有时将压降(或“负载电压”)指定为特定电流下的特定电压。有了这个，你可以计算阻抗(U/I)。例如，一个设备规格为400mV，电压为20 mA，所以你知道阻抗是20欧姆。这意味着它将增加超过0.1%的误差在20毫安。

有时，无论如何都不指定阻抗。

如果在规范中没有提到，那么你可以通过不同的方式找到它:

• 首先，简单地使用电阻计并测量mA计的阻抗。
• 其次，您可以设置一个已知的电流通过mA计，然后测量压降，并计算阻抗/电阻(R= U/I)。例如，如果20mA通过仪表，电压降为0.2 V，那么它的阻抗为10欧姆(0.2 V / 20mA = 10欧姆)。

发射机手册

通过快速搜索压力变送器的用户手册，我只找到了一个流行的压力变送器手册，其中有一个注释，即测试连接中使用的mA表的阻抗应该为10欧姆或更低。

是的，我有时会读手册，如果我真的必须……;-)

但出于某种原因，我觉得通常发射机制造商没有充分提到这一点，或者我只是错过了这一信息(这不是我第一次错过一些东西了…)

其他测量mA的方法

当然，除了使用测试连接，还有其他方法来测量发射机电流。

例如:

• 断开电流回路，并添加一个mA计与变送器串联。这是最准确的方法，任何测试二极管泄漏都不会有任何影响。
• 我见过有人在变送器上安装一个精密电阻，然后测量电阻上的电压降。然后你可以计算电流而不打破循环。当然，电阻的精度也会对结果产生影响。
• 你也可以用钳形表来测量回路中的电流。大多数情况下，钳形仪表不是很准确。
• 您也可以将外部二极管串联到发射器上，并使用与正在使用的测试连接相同的方法。你可以添加几个二极管串联，如果你需要它与一个更高阻抗mA计工作。

那么Beamex校准器呢?

在Beamex校准器中，mA测量的阻抗始终小于10欧姆，通常在7.5欧姆左右，因此您可以安全地在发射器的测试连接中使用它们。

但是，请注意，市场上也有一些知名品牌的校准器，其mA阻抗对于这种应用来说太高，会导致这些问题。

结论

我写这篇文章是因为我遇到过几次这个问题。我想会有更多的人喜欢这个信息。

好吧，至少现在当下次被问到这个问题时，我能更容易地回答这个问题。我会让他们去看看博客里的答案…;-)

如果你觉得这些信息有用，请留言告诉我。

最后，在你离开之前…

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欲了解Beamex提供的校准器，请浏览以下连结: