4-20mA信號源通常由過程校驗儀提供，但其價格不菲。在現(xiàn)場維修中只是想用4-20mA電流信號來檢査儀表，及判斷故障所在時，用高檔過程校驗儀是有點大材小用，尤其是一些中小企業(yè)，由于儀表數(shù)量有限，儀表工如能自己動手做一個簡易的電流信號源，既滿足了需要還鍛煉了動手能力，何樂而不為。

4-20mA電流信號源制作方案
用三端穩(wěn)壓器來制作電流信號源，其電路簡單、價格低、取材容易，且固定式或可調式三端穩(wěn)壓器都可以用來制作電流信號源。LM317是一種三端可調正電壓穩(wěn)壓器，LM317的外形及引腳昌暉儀表建議參閱產(chǎn)品技術資料，如果在調節(jié)端和輸出端之間接一個可調電阻，就可組成可調式的精密穩(wěn)流器。LM317產(chǎn)品資料推薦的穩(wěn)流電路如圖1所示，LM317屬三端浮動穩(wěn)壓器，工作時，LM317建立并保持輸出與調節(jié)端之間1.25V的標稱參考電壓Vref，而調節(jié)端的電流IAdj被設計和控制在100μA以下，并使其恒定不變。則該電路的輸出電流為：

 

式中Vref為標稱參考電壓，為1.25V；IAdj為調節(jié)端電流；R1為編程電阻。


圖1  LM317產(chǎn)品資料推薦的穩(wěn)流電路

廠商推薦該電路的最小穩(wěn)定電流為10mA。但LM317的最小穩(wěn)定工作電流一般為1.5mA。LM317的生產(chǎn)廠不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也會略有差別。當LM317的輸出電流大于最小穩(wěn)定工作電流時，LM317就能正常工作。通過實際應用LM317是可滿足4-20mA使用的。

4-20mA電流信號源制作方法
用LM317制作的穩(wěn)流源如圖2所示，LM317的輸入Vin端接電源的正極，輸出Vout端接電阻后為穩(wěn)流輸出，調節(jié)端則直接接至穩(wěn)流輸出端Iout，負載RL則接在輸出端Iout與電源負極間。由于LM317的標稱參考電壓Vref為1.25V，且這個電壓是保持不變的，這個電壓就在Vout端與調節(jié)端ADj兩端，也就是電阻R1與RP1的兩端，如果電阻值是固定的，電壓也是固定的，則流過負載RL的電流就可以做到恒定不變。即電流Iout為：


利用上式就可確定R1與RP1的電阻值，當輸出電流為4mA時：



當輸出電流為20mA時：




圖2  LM317穩(wěn)流源電路原理圖

當電阻R1與RP1的變化范圍為312.5-62.5Ω時，其輸出電流為4-20mA，以上的計算是理想狀態(tài)。由于電子元件參數(shù)的離散性，在選擇電阻值時要考慮到一定的可調整性，因此，選擇一個51Ω的固定電阻再串聯(lián)一個360Ω的電位器，就可實現(xiàn)4-20mA電流可調了。51Ω的電阻用錳銅電阻線繞制，360Ω的電位器則選擇X型的多圈線繞式電位器。經(jīng)過實際調試，本穩(wěn)流器的工作電源在9-24V范圍內都可正常工作。為了現(xiàn)場攜帶的方便也曾試過把供電電源減小至7.5V，但發(fā)現(xiàn)調不到20mA，從LM317的資料上知，其輸出電壓是變化的，并有一定的電壓差要求，況且在輸出20mA時，其輸出端電壓也必須是大于或等于5V的。

從式知由于電阻減小時輸出電流是增加的，而電阻增大時輸出電流是減小的。但是人們習慣的調整方向是順時針旋轉電位器時輸出增大，而逆時針旋轉電位器時輸出減小，因此在焊接電位器的引腳時要注意這一關系，以滿足操作習慣。

信號源的供電采取自備及外接形式，可使用一節(jié)6F22型9V的疊層電池，如果現(xiàn)場有電源時，則采用外接電源的方式，但要把電源開關S斷開，為了防止誤操作，在疊層電池電路中串了一只1N4001的二極管V作保護。

4-20mA電流信號源使用方法
該電流源可用來代替變送器的輸出電流，可用來在現(xiàn)場檢查變送器至控制室的電流信號傳輸是否正常、數(shù)顯儀表有沒有指示或能否按電流信號的增、減而變化；但不一定需要電流輸出信號的具體數(shù)值，只要輸出信號能增大或減少變化就行了。而在實驗室檢查數(shù)顯儀表時可作電流信號源使用使用前先接好相關的連線，把電位器逆時針旋轉到4mA，在輸出接線柱上接入要檢查的數(shù)顯儀表，并在被檢查儀表的輸入端串聯(lián)接入標準電流表，或通過250Ω電阻并聯(lián)接入數(shù)字電壓表；接通工作電源后調整電位器RP1，以得到需要的電流信號值，而輸出電流值應以標準電流表或數(shù)字電壓表的指示為準。

昌暉儀表儀表制造有限公司分享的這種簡易4-20mA電流信號源的制作方法，屬于簡易儀表工具的DIY，如果要保證信號輸出和測量的精度和可靠性，建議還是購買專業(yè)過程校驗儀YR-100，專業(yè)信號發(fā)生器信號輸出和測量可同時完成，只不過成本比文中所介紹的簡易4-20mA電流信號源要高。



相關閱讀
自己動手做電阻信號發(fā)生器