Некоторые датчики действуют как источники тока, и я видел это несколько раз, особенно для очень длинных проводов даже на улице, как лопасти ветра. Например, вместо напряжения 0-10 В используются токовые петли 4-20 мА.
Что может быть физическим объяснением этого? Насколько ток выгоднее?
(Мне также интересно с точки зрения помех от электромагнитных помех, является ли сигнал токовой петли более устойчивым и почему.)
Пожалуйста, объясните эту концепцию, используя схемы, источники напряжения тока с некоторыми компонентами. Как синфазные помехи связаны в обоих случаях и т. Д. И почему токовая петля невосприимчива к шуму.
РЕДАКТИРОВАТЬ:
После прочтения ответов вот что я понимаю (нажмите, чтобы увидеть диаграммы моделирования и соответствующие графики):
Я применяю синфазные помехи Vcm во всех сценариях.
На первом верхнем рисунке источник тока с импедансом 1 Гигабайта передается через несимметричный / несимметричный кабель, и даже приемник является односторонним выход невосприимчив к шуму. (1G Ом делает шум малым, чем меньше этот Rcur, тем больше шум на приемнике)
На средней фигуре источник напряжения передается по несбалансированному кабелю, а приемник однополюсный , на выходе очень шумно.
На нижнем рисунке источник напряжения передается через симметричный кабель, а приемник имеет дифференциальное соединение , и синфазный шум исключается.
Правильно ли мое заключение / симуляция для представления этого вопроса?
Ответы:
На самом деле для невосприимчивости к шуму важна сила , необходимая для нарушения сингала.
Т.е. токовый сигнал на входе с почти нулевым сопротивлением такой же плохой, как сигнал напряжения на входе с почти бесконечным сопротивлением.
Требуется приемник с ненулевым, а также с бесконечным импедансом, чтобы сигнал имел некоторую мощность .
Т.е.
Таким образом, оба случая схожи, но вы просто должны решить, лучше ли кодировать сигнал как напряжение или как ток (другой вариант будет закодирован как мощность). Для целей измерения наиболее подходящими являются сигналы напряжения или тока.
Хороший провод для токового сигнала просто должен гарантировать, что ток не будет потерян (или вставлен), т.е. в идеале нет утечки, то есть идеальная изоляция. Это может быть достигнуто на практике довольно хорошо.
Хороший провод для сигнала напряжения должен гарантировать, что напряжение не будет потеряно, т.е. в идеале не должно быть падения напряжения, идеальная проводимость вдоль провода. Если вы не используете сверхпроводник, это практически невозможно сделать на практике.
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
В любом случае сопротивление приемника должно быть значительно выше 0 и намного ниже бесконечности.
Легко иметь сопротивление изоляции практически бесконечным.
Практически невозможно иметь последовательное сопротивление 0.
Поэтому, если сигнал должен быть отправлен на некоторое расстояние вдоль провода, лучше использовать сигнал тока, чем сигнал напряжения.
источник
Ток велик тем, что он равен всем частям проводника. То есть, если вы нажимаете 15 мА с одной стороны, другая сторона видит 15 мА, даже если она находится на расстоянии 200 м. Это очень легко почувствовать и делает передачу данных надежной.
То же самое не относится к напряжению. Если ваш проводник имеет высокий импеданс и имеет электрические помехи, то ваш сигнал входного напряжения будет ухудшаться, и действительное напряжение может не достигать другой стороны.
Невосприимчивость к помехам обусловлена тем фактом, что токовые петли являются системой с низким сопротивлением. Вот почему это важно: почему цепи с высоким импедансом более чувствительны к шуму?
источник
Текущая сигнализация имеет разные преимущества в разных ситуациях, поэтому есть несколько разных ответов.
В случае низкочастотной сигнализации.
Источник постоянного тока (отправитель) имеет очень высокий импеданс (а источник CV имеет очень низкий импеданс). Поэтому, когда вы добавляете достаточно высокое последовательное сопротивление, это не имеет никакого эффекта: источник CC уже сверхвысок, какой эффект даст несколько сотен / тысяч дополнительных Ом? Аналогично, когда вы подключаете шум к кабелю (C1,2), высокий источник R означает, что оба провода идут вверх и вниз вместе - это синфазный шум и не влияет на ток. Между тем, на приемном конце низкий R. Это подавляет шум, связанный с емкостной связью, и является устойчивым.
Система напряжения противоположна. Источник должен иметь очень низкий импеданс. Серия R будет иметь значение. Прием должен быть очень высоким входным сопротивлением, иначе вы получите делитель напряжения. Он будет емкостно поглощать шум и будет подвержен повреждениям. Емкостный ввод шума проходит через RSource, и вы получаете дифференциальные напряжения на приемнике.
смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab
В случае высокочастотной сигнализации (например, видео)
Токовая петля имеет в основном постоянное напряжение на обеих сторонах кабеля. Поэтому емкость по кабелю не пропускает ток и не оказывает никакого влияния. Сигнал невосприимчив к кабелю C, и невосприимчив к добавлению дополнительного C для защиты от шума и электромагнитных помех. Гораздо меньше энергии используется, так как С не нужно управлять.
источник
Насколько мне известно, это две основные причины выбора токовых циклов в нескольких случаях:
Что касается EMI, это не повлияет на большую часть времени. EMI обычно приходит на (очень) высоких частотах, намного быстрее, чем меняется ваш сигнал, поэтому вы можете отфильтровать его.
Кроме того, похоже, это связано со старыми пневматическими системами управления, в которых использовался диапазон 3-15psi.
источник
Что еще нужно помнить в отношении аналоговых сигналов, так это возможность интеграции протокола связи HART. HART (Highway Addressable Remote Transmitter) - это цифровой сигнал, который накладывается поверх аналогового сигнала, позволяя передавать дополнительную информацию по той же схеме. В настоящее время большинство интеллектуальных промышленных инструментов работают с поддержкой HART. Таким образом, преимущества гораздо больше, чем просто падение напряжения и EMI.
источник