如果我不得不將這篇文章的內容總結為一句話，那就是：

使用內阻過高而無法測量變送器測試連接上的電流的毫安表會導致錯誤的測量結果！

 

非常近，我看到幾個人犯了這個錯誤，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誤。

要點是，在通過測試連接測量變送器電流時，很容易獲得錯誤的mA測量結果。危險的部分是您甚至不一定會意識到這一點。

讓我們看一下錯誤是什么以及如何避免它。

我也希望您了解該系統的工作原理，因此已經有了一些背景信息和教育理論。

準備？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“ 測試連接 ”。它通常標有“ TEST ”（測試）文本，并且位于常規mA回路連接旁邊。

我相信你已經看過了；在一個發射機中，它看起來像這樣：
 

 

測試連接的目的

測試連接的目的是能夠  輕松測量流經變送器的環路電流，而無需斷開電線或斷開電流環路。 您只需將mA電表連接到TEST接口，就可以看到流經變送器的電流，因為所有電流現在都流經您的電表。 

當您斷開電流表的連接時，所有電流開始再次流過測試連接中的內部二極管（我將在稍后說明二極管）。在任何時候，電流環路都不會中斷。

 

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。

在發射器中，發射器內部的一個  二極管 連接在測試連接之間。二極管的一端連接到“環路”連接之一，二極管的另一端連接到測試連接。閱讀時聽起來很復雜，但這很簡單。我相信圖片會幫助您理解這一點……

使用原理圖，通常看起來像這樣：

 

什么是二極管，它能工作嗎？

為了更好地理解這種現象，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體組件。大多數電子設備內部都有許多二極管，甚至還有校準器……；-)

理想的二極管只能在一個方向上傳導直流電流。當二極管上的電壓正確變化時，理想的二極管將始終導通電流。實際上，這有點復雜，二極管也不理想。

這是理想二極管（左）和實際二極管（右）的特性：

 

 

正如我們從二極管的特性中看到的那樣（實際的不是理想的），當二極管上的電壓足夠大并超過閾值電壓時，正向電流開始流動。通常，對于硅二極管，閾值電壓約為0.6V。當電壓大于此閾值時，二極管“斷開”，電流流過該二極管。當電壓小于閾值時，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，環路電源會影響二極管，因此二極管完全斷開，所有環路電流都流過二極管。因此，實際上，二極管實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，當您在二極管上連接毫安表時，所有電流都開始流經毫安表，并且不再有任何電流通過二極管。魔法！？好吧，沒有魔術，只有電子產品。

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，這就是它應該如何工作的方法，但實際上并非總是如此。繼續閱讀...

 

毫安表如何工作？

為什么要談論   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準確的分流電阻（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轉換器測量該電壓（圖中的V），我們可以計算出電流。

其余的是根據歐姆定律的簡單數學：I = U / R（電流=電壓/電阻）。

 

不幸的是，某些毫安表/校準器的阻抗過高，這會導致 電阻上的  電壓降更大。在大多數應用中，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。當電壓降變大時，它會導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表中設置更高的阻抗？使用更高的阻抗設計電流表可能會更容易，因為電壓降會變得更高，并且由于電壓信號會更高，因此在內部使用A / D轉換器進行測量也變得更加容易。

例如，如果毫安表的內部阻抗高達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顯示任何電流，盡管有20mA的電流流經變送器，因為所有電流都流經測試連接。

上面的示例在實踐中很容易注意到巨大的錯誤。但是，也有一些mA表的內部阻抗約為30 ohm。這意味著在電流較小的情況下，測量可以正常進行，但是當電流接近20 mA時，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。這可能很難實現，從而導致您信任mA計的錯誤測量結果。

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，因此顯示錯誤的結果。

 

壓力變送器的實際測試

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果。

 

數據表：

 

例如，我們可以在結果中看到：

• 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，電流開始快速增長（等于20 ohm mA表的阻抗）。
• 泄漏為500 mV時，電流為0.2 mA，在測量20 mA電流（等于25 ohm mA儀表阻抗）時，誤差超過1％。

作為該測試的結果/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，則會在測量中引入超過1％的誤差。

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

 

使用TEST連接的準確性效果

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有風險。

不同的變送器型號可能具有與我測試的型號不同的特性。

 

如何檢查毫安表的阻抗？

如何檢查正在使用的mA表或校準器的阻抗？嘗試先檢查規格數據表，因為那里經常提到它。如果未指定阻抗，則有時會將電壓降（或“負載電壓”）指定為在特定電流下的特定電壓。這樣，您可以計算阻抗（U / I）。例如，一種設備在20 mA時的規格為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，無論如何都沒有規定阻抗。

如果規格中未提及，則可以通過不同方式找到它：

• 首先，只需使用電阻計并測量mA計的阻抗。
• 其次，您可以設置一個已知的電流通過毫安表，然后測量其上的電壓降并計算阻抗/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，我僅發現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小于或等于10歐姆。

是的，有時我確實會閱讀手冊……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，或者我只是錯過了該信息（這不會是我非常好次錯過任何信息……）。

 

其他測量mA的方法

當然，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，并與變送器串聯添加一個毫安表。這是非常準確的方法，任何測試二極管泄漏都不會產生任何影響。
• 我見過人們在變送器上安裝一個精密電阻，然后測量電阻上的壓降。然后，您可以計算電流而無需中斷回路。當然，電阻器的精度會影響結果。
• 您也可以使用鉗形表來測量環路中的電流。雖然大多數情況下鉗型表不是很準確。
• 您也可以將外部二極管與變送器串聯連接，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，可以串聯添加幾個二極管。

 

那么Beamex校準器又如何呢？

在Beamex校準器中，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，因為市場上還有一些知名品牌的校準器的mA阻抗太大，對于該應用而言太高了，會引起這些問題。

結論

我寫這篇文章是因為我已經與人們多次碰到這個問題。我認為還有更多的地方可以欣賞這些信息。

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

如果您發現此信息有用，請通過評論讓我知道。