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传感器中I/O模块选择

数字传感器以及由数字信号驱动的激励器的应用非常广泛,几乎所有现实中的变量(如温度、流量、压力、速度等等)测量中都可以找到数字传感器的应用,其数字输出有多种格式,本文首先根据输出信号和电路接口的类型对数字传感器分类,然后指出在选择与传感器接口的数字I/O模块时应注意哪些问题。数字传感器与模拟传感器不同,模拟传感器的输出值是一个在整个输出范围内连续变化的值,而数字传感器的输出值只有两种,非“0”即“1”。
方法/步骤
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数字传感器的分类 由于技术进步,市场上出现了各种各样复杂的数字传感器,而且如今的传感器已经能够产生一长串的开关状态转换,使用这些传感器时,输出脉冲序列的频率特性,甚至是脉冲形状都能表征传感器的测量结果,从而使得连续测量变为可能。  按照传感器输出的驱动信号的信号特征对传感器进行分类(有5种),其中,45%的数字传感器是以数字线的开关状态表征输出,35 %以输出信号的频率表征输出,12 %则是以输出信号的占空比来表征输出,另有6%以时间间隔表征,2%以脉冲数表征。     在选择捕获传感器数据所需的工业数字模块时,能够表达传感器测量结果的信号特征是第一个需要考虑的选择参数。在决定你所选择的数字I/O模块中是否需要计数器时,这一参数十分重要。如果传感器所需的残余电流高于数字I/O模块能够提供的电流,那么问题就出现了。这时数字I/O模块可能会因为传感器吸收的电流高于它准备提供的电流而错误地将关态检测为开态。工业应用中的大多数2线传感器的关态泄漏电流或残余电流都不高于1.7毫安与关态类似,传感器要维持开态也需要一个最小电流,这就是最小保持电流(minimum holding current),其值通常在3毫安到20毫安之间。如果数字I/O模块不能吸收或提供该电流,那么传感器将无法正常工作。 3线传感器     3线传感器并不直接通过数字输出线获取能量,而是从一个激励终端获取能量,某些厂商也将这种传感器叫做线路驱动传感器。这类传感器从数字I/O模块处吸收的电流叫做负荷电流,通常为20毫安左右。但注意,该电流是由激励终端提供的。

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数字传感器驱动电路按照实现传感器输出的电子元件分类。用于驱动数字传感器输出的电子元件通常有三种:机械继电器、晶体管和双向FET器件。     机械继电器是一种电磁器件,闭合触点时能够接通电路,断开触点时能够切断电路。这种器件能够承受高压下的电流负载。机械继电器相对于固态继电器而言属于低速器件,因此通常用于以线路状态表征输出结果的传感器中。这种器件常出现的问题是触点老化和阻抗增大,其触点的寿命取决于电流负荷和工作频率。在与计数器或者数字I/O模块连接时,机械继电器有时会由于触点反弹而输出不确定的结果。     晶体管是一种用于控制DC电流的固态器件,有两种类型:NPN型和PNP型,通常在低直流电源的传感器中用作输出开关。图2给出了一个NPN(电流吸收) 型集电极开路晶体管。     双向FET器件是以一种叫做双向FET输出的结构实现的,如图3所示。该结构有许多优点,但最重要的是它能够直接与TTL和CMOS电路接口,而且它具有关态泄漏电流低和响应速度快的特性。FET的意思是场效应晶体管,它是一种最适合于用作数字传感器输出的器件,因为其工作特性接近理想模型。

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