采集电流数据

概述

数据采集卡多数为电压型数据采集设备，如果要采集电流信号，就要把电流信号转换为电压信号，然后再将电压信号输入到采集卡的模拟输入通道。因此进行电流数据采集的关键就是如何将电流信号转换为电压信号。

电流采集框图

电流/电压转换方案常用的有两种，一种是采用取样电阻将电流转换为电压，另一种是使用电流传感器将电流信号转换为电压信号。

取样电阻方案

通过取样电阻的方案进行电流转换所依据的原理就是欧姆定律U=I * R。取样电阻的阻值已知为R，电流信号流过这个电阻，就会产生电压U。通过数据采集卡采集到电压U，即可算得电流I = U / R。

取样电阻工作原理

4-20mA信号的采集

4-20mA的电流信号广泛应用于传感器/变送器领域，是一种通用的标准信号。对于4-20mA信号的采集通常采用通过取样电阻的方式。一般使用250欧的电阻作为取样电阻，由U=I * R计算可以得到4-20mA的信号就转换成为了1-5V的电压信号。众所周知电阻是存在误差的，采样电阻的误差会直接影响到电流采集的准确度。同时在电流流过电阻的过程中会产生热量，所以在选择电阻的时候既要考虑到电阻准确，也要考虑到电阻的温度漂移值。Smacq为用户提供250欧万分之一准确度的低温度漂移的取样电阻作为选配件，用于电流信号的采集。在一些采样率要求比较低的应用场景可以直接选用M2000系列的远程IO模块，该模块内置有120欧的取样电阻，这里不做过多说明。 4-20mA的传感器/变送器双分为二线制，三线制和四线制。这三种传感器/变送器与采集卡的连接方式也不尽相同。

二线制传感器的电流采集连接示意图

三线制传感器的电流采集连接示意图

四线制传感器的电流采集连接示意图

其它非标准电流的采集

除4-20mA电流之外也有非常多需要采集电流信号的应用场景。我们可以粗略分为两种，一种是小电流采集，一种是大电流采集。由欧姆定律可以知道，当电流比较小，就需要R比较大，才能保证输出一个足够大的电压去适配采集设备的量程。所以提高取样电阻R的阻值是是一种针对小电流采集的有效方案。但是在一些应用场景又不能用太高的电阻去取样，这样电压就会比较低，就需要采集设置有比较小电压的量程，同时在小量程时有比较低的噪声。USB-3000系列数据采集卡就具备这样的特性，其最小量程是0.64V，在该量程下可以分辨到的最小电压是20uV。对于比较大的电流信号来说，一般会用到分流器将电流信号转换为电压信号。分流器也是一个取样电阻，它的满度值是75mV。以50A的分流器为例，它可以通过的最大电流是50A，对应于50A时，它的输出电压是75mV，由此可知它是一个0.0015欧的电阻。针对75mV的信号采集，我们同样可以使用USB-3000系列的小量程来完成。