2 工作原理

为了确保正常运转，工厂自动化和控制系统通常需要监测多个过程的状态并将这些状态传输给控制站。通常的做法是，将许多传感器分散安装在工厂车间内，从而将压力、温度和重量等过程变量转换为可以发送到中央位置的电信号。4-20mA 电流环路变送器非常适合此应用，因为通过这些变送器，只需使用两根线就能监测远程过程：传感器或周边电路的电源线路以及与目标传感器变量相对应的输出电流线路。建议将 4-20mA 电流环路变送器的惠斯通桥式放大器电路作为高精度工厂自动化信号链解决方案。

该电路可分为三部分：

1. 惠斯通电桥传感器
2. 分立式 2A 仪表放大器 (INA)
3. 4-20mA 电流环路变送器 (XTR) 接口

图 2-1 展示了完整电路的简化版。TI XTR116 的基准电压和本地接地 (I_RET) 用于为所有电桥和传感器电路供电。由 XTR 供电的电路所消耗的所有电流必须通过电流环路 (I_RET) 返回；因此，监测电路的电流消耗必须低于 4mA，以避免干扰 4-20mA 目标输出电流。考虑到器件、温度和电源的差异，最好将电流消耗限制在 3.5mA。XTR116 由两线制电源 (V_LOOP) 供电。

信号链始于惠斯通电桥两个输出之间产生的与目标变量相对应的微小差分电压。这些电压会馈入分立式 2A INA，INA 可以放大这些电压的差异，并且输出电压可以通过电阻 (R_IN) 转换为电流。然后，电流环路变送器获取输入端 (I_IN) 的电流，在输出端 (I_OUT) 返回乘以 100 后的电流值。以下各节将提供有关电路各个部分的更多详细信息。

图 2-1 电桥放大简化为 4-20mA 电路