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傳感器技術(shù)中的有源信號和無源信號分析
文章出處：網(wǎng)絡(luò)人氣：發(fā)表時(shí)間：2019-02-15 11:34:44
傳感器技術(shù)中的有源信號和無源信號分析：第一部分
（一）無源信號和有源信號（模擬量）
（1）無源信號和有源信號定義
對于電流信號而言，若設(shè)備有獨(dú)立的工作電源線，那它提供的信號輸出（比如4-20mA）為有源信號；若設(shè)備本身無獨(dú)立工作電源，它提供的信號為無源信號。三線制儀表、四線制儀表的輸出信號為有源信號，二線制儀表輸出為無源信號。
（2）如何采集無源信號和有源信號
①對于有源信號的采集很簡單，首先要接通信號源設(shè)備的電源（通常有三線制和四線制兩種）讓設(shè)備正常工作，其次將采集設(shè)備輸入接口的正端和負(fù)端分別與信號源設(shè)備的正端和負(fù)端對應(yīng)連接行。
②對于無源信號的采集，首先需要一個(gè)直流24V電源（因?yàn)樘峁o源信號的二線制儀表無獨(dú)立的工作電源，當(dāng)它需要輸出4-20mA信號時(shí)，它的工作電壓需要外部設(shè)備來提供。這個(gè)DC24V電源可以是獨(dú)立電源，也可以是無源信號采集設(shè)備配電功能提供）；其次二線制儀表、DC24V電源和無源信號采集設(shè)備三者之間的應(yīng)形成正確回路：DC24V電源正極接二線制儀表4-20mA輸出的正極，二線制儀表4-20mA輸出的負(fù)極接入采集設(shè)備4-20mA信號輸入端正極，采集設(shè)備4-20mA信號輸入端負(fù)極接DC24V電源負(fù)極，這樣就形成完整的回路。
（二）有源接點(diǎn)和無源接點(diǎn)（開關(guān)量）
（1）無源接點(diǎn)的定義
無源接點(diǎn)俗稱干接點(diǎn)或無源開關(guān)，干接點(diǎn)是一種電氣開關(guān)，具有閉合和斷開的兩種狀態(tài)；2個(gè)接點(diǎn)之間沒有極性，可以互換。
（2）常見的無源接點(diǎn)信號
①各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等；
②各種按鍵；
③各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控中的傳感器：水浸傳感器、火災(zāi)報(bào)警傳感器、玻璃破碎、振動(dòng)、煙霧和凝結(jié)傳感器；繼電器、干簧管的輸出。
（3）有源接點(diǎn)的定義
有源接點(diǎn)俗稱濕接點(diǎn)或有源開關(guān)，具有有電和無電的兩種狀態(tài)；2個(gè)接點(diǎn)之間有極性，不能反接。
（4）最常見的有源接點(diǎn)信號
①把以上的干接點(diǎn)信號，接上電源，再跟電源的另外一極作為輸出，就是有源節(jié)點(diǎn)信號。工業(yè)控制上常用的濕接的電壓范圍是DC0-30V，標(biāo)準(zhǔn)的是DC24V；電氣設(shè)備二次回路中通常的濕接的電壓范圍是AC110-380V，常用AC220V或AC380V濕接點(diǎn)。
②把TTL電平輸出作為濕接點(diǎn)，也未嘗不可；一般情況下，TTL電平需要帶緩沖輸出的，例如：7407、245、244等，與VCC等構(gòu)成回路；244、245也可以跟gnd構(gòu)成回路；才能驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)方的光耦。
③NPN三極管的集電極輸出和VCC。
④達(dá)林頓管的集電極輸出和VCC。
⑤紅外反射傳感器和對射傳感器的輸出。
（5）無源接點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)
在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用中，因無源接點(diǎn)（干接點(diǎn)）無極性限制，其數(shù)量遠(yuǎn)多于有源接點(diǎn)，無源接點(diǎn)有如下優(yōu)點(diǎn)：
①隨便接入，降低工程成本和工程人員要求，提高工程速度。
②處理干接點(diǎn)開關(guān)量數(shù)量多。
③連接干接點(diǎn)的導(dǎo)線即使長期短路既不會(huì)損壞本地的控制設(shè)備，也不會(huì)損壞遠(yuǎn)方的設(shè)備。
④接入容易，接口容易統(tǒng)一。
第二部分
1.無源節(jié)點(diǎn)的定義：無源開關(guān)；具有閉合和斷開的2種狀態(tài)；2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒有極性，可以互換；常見的無源節(jié)點(diǎn)信號有：（1）各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等；（2）各種按鍵；（3）各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控中的傳感器：水浸傳感器、火災(zāi)報(bào)警傳感器、玻璃破碎、振動(dòng)、煙霧和凝結(jié)傳感器；（4）繼電器、干簧管的輸出；
2.有源節(jié)點(diǎn)的定義是：有源開關(guān)；具有有電和無電的2種狀態(tài)；2個(gè)接點(diǎn)之間有極性，不能反接；最常見的有源節(jié)點(diǎn)信號是：（1）把以上的干節(jié)點(diǎn)信號，接上電源，再跟電源的另外一極，作為輸出，就是有源節(jié)點(diǎn)信號；工業(yè)控制上，常用的濕節(jié)點(diǎn)的電壓范圍是DC0～30V，比較標(biāo)準(zhǔn)的是DC24V；AC110～220V的輸出也可以是有源節(jié)點(diǎn)，盡管這樣做比較少。
現(xiàn)在現(xiàn)場儀表和二次儀表相連如采用二線制信號，一般是4－20mA，此信號分為有源和無源二種，有源：4－20mA中已有現(xiàn)場儀表提供帶有電壓的信號。
無源：需二次儀表提供配電（DC24V）和現(xiàn)場儀表串聯(lián)，構(gòu)成二線制4－20mA的回路，才能正常工作，如二次儀表不帶配電是不能產(chǎn)生回路，也就沒有電流回路信號了。
二線制儀表回路最大電流在小于25mA之內(nèi)，電壓又是固定的DC24V，那么功率也就在此范圍之內(nèi)，如現(xiàn)場儀表功耗大于此，那二線制就不能提供此能量，所以只有采用電源單獨(dú)供電，信號單獨(dú)輸出的方式，也就是四線制信號方式。
有源和無源是相對于變送器來說的，變送器提供24V的為有源（四線制），變送器不提供24V的為無源（兩線制）。
有源是指各類變送器或者信號源等設(shè)備已經(jīng)一組供電回路給它供電。直接輸出一組4～20mA正負(fù)兩線的信號回路，給采集設(shè)備直接測量。
無源是指各類變送器或者信號源等設(shè)備沒有供電回路給它供電。必須要有采集設(shè)備供給它工作電源，才可以輸出一組4～20mA正負(fù)兩線的信號回路，給采集設(shè)備直接測量。
（一）無源信號和有源信號（模擬量）
（1）無源信號和有源信號定義
對于電流信號而言，若設(shè)備有獨(dú)立的工作電源線，那它提供的信號輸出（比如4-20mA）為有源信號；若設(shè)備本身無獨(dú)立工作電源，它提供的信號為無源信號。三線制儀表、四線制儀表的輸出信號為有源信號，二線制儀表輸出為無源信號。
（2）如何采集無源信號和有源信號
①對于有源信號的采集很簡單，首先要接通信號源設(shè)備的電源（通常有三線制和四線制兩種）讓設(shè)備正常工作，其次將采集設(shè)備輸入接口的正端和負(fù)端分別與信號源設(shè)備的正端和負(fù)端對應(yīng)連接行。
②對于無源信號的采集，首先需要一個(gè)直流24V電源（因?yàn)樘峁o源信號的二線制儀表無獨(dú)立的工作電源，當(dāng)它需要輸出4-20mA信號時(shí)，它的工作電壓需要外部設(shè)備來提供。這個(gè)DC24V電源可以是獨(dú)立電源，也可以是無源信號采集設(shè)備配電功能提供）；其次二線制儀表、DC24V電源和無源信號采集設(shè)備三者之間的應(yīng)形成正確回路：DC24V電源正極接二線制儀表4-20mA輸出的正極，二線制儀表4-20mA輸出的負(fù)極接入采集設(shè)備4-20mA信號輸入端正極，采集設(shè)備4-20mA信號輸入端負(fù)極接DC24V電源負(fù)極，這樣就形成完整的回路。
（二）有源接點(diǎn)和無源接點(diǎn)（開關(guān)量）
（1）無源接點(diǎn)的定義
無源接點(diǎn)俗稱干接點(diǎn)或無源開關(guān)，干接點(diǎn)是一種電氣開關(guān)，具有閉合和斷開的兩種狀態(tài)；2個(gè)接點(diǎn)之間沒有極性，可以互換。
（2）常見的無源接點(diǎn)信號
①各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等；
②各種按鍵；
③各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控中的傳感器：水浸傳感器、火災(zāi)報(bào)警傳感器、玻璃破碎、振動(dòng)、煙霧和凝結(jié)傳感器；繼電器、干簧管的輸出。
（3）有源接點(diǎn)的定義
有源接點(diǎn)俗稱濕接點(diǎn)或有源開關(guān)，具有有電和無電的兩種狀態(tài)；2個(gè)接點(diǎn)之間有極性，不能反接。
（4）最常見的有源接點(diǎn)信號
①把以上的干接點(diǎn)信號，接上電源，再跟電源的另外一極作為輸出，就是有源節(jié)點(diǎn)信號。工業(yè)控制上常用的濕接的電壓范圍是DC0-30V，標(biāo)準(zhǔn)的是DC24V；電氣設(shè)備二次回路中通常的濕接的電壓范圍是AC110-380V，常用AC220V或AC380V濕接點(diǎn)。
②把TTL電平輸出作為濕接點(diǎn)，也未嘗不可；一般情況下，TTL電平需要帶緩沖輸出的，例如：7407、245、244等，與VCC等構(gòu)成回路；244、245也可以跟gnd構(gòu)成回路；才能驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)方的光耦。
③NPN三極管的集電極輸出和VCC。
④達(dá)林頓管的集電極輸出和VCC。
⑤紅外反射傳感器和對射傳感器的輸出。
（5）無源接點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)
在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用中，因無源接點(diǎn)（干接點(diǎn)）無極性限制，其數(shù)量遠(yuǎn)多于有源接點(diǎn)，無源接點(diǎn)有如下優(yōu)點(diǎn)：
①隨便接入，降低工程成本和工程人員要求，提高工程速度。
②處理干接點(diǎn)開關(guān)量數(shù)量多。
③連接干接點(diǎn)的導(dǎo)線即使長期短路既不會(huì)損壞本地的控制設(shè)備，也不會(huì)損壞遠(yuǎn)方的設(shè)備。
④接入容易，接口容易統(tǒng)一。
第二部分
1.無源節(jié)點(diǎn)的定義：無源開關(guān)；具有閉合和斷開的2種狀態(tài)；2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒有極性，可以互換；常見的無源節(jié)點(diǎn)信號有：（1）各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等；（2）各種按鍵；（3）各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控中的傳感器：水浸傳感器、火災(zāi)報(bào)警傳感器、玻璃破碎、振動(dòng)、煙霧和凝結(jié)傳感器；（4）繼電器、干簧管的輸出；
2.有源節(jié)點(diǎn)的定義是：有源開關(guān)；具有有電和無電的2種狀態(tài)；2個(gè)接點(diǎn)之間有極性，不能反接；最常見的有源節(jié)點(diǎn)信號是：（1）把以上的干節(jié)點(diǎn)信號，接上電源，再跟電源的另外一極，作為輸出，就是有源節(jié)點(diǎn)信號；工業(yè)控制上，常用的濕節(jié)點(diǎn)的電壓范圍是DC0～30V，比較標(biāo)準(zhǔn)的是DC24V；AC110～220V的輸出也可以是有源節(jié)點(diǎn)，盡管這樣做比較少。
現(xiàn)在現(xiàn)場儀表和二次儀表相連如采用二線制信號，一般是4－20mA，此信號分為有源和無源二種，有源：4－20mA中已有現(xiàn)場儀表提供帶有電壓的信號。
無源：需二次儀表提供配電（DC24V）和現(xiàn)場儀表串聯(lián)，構(gòu)成二線制4－20mA的回路，才能正常工作，如二次儀表不帶配電是不能產(chǎn)生回路，也就沒有電流回路信號了。
二線制儀表回路最大電流在小于25mA之內(nèi)，電壓又是固定的DC24V，那么功率也就在此范圍之內(nèi)，如現(xiàn)場儀表功耗大于此，那二線制就不能提供此能量，所以只有采用電源單獨(dú)供電，信號單獨(dú)輸出的方式，也就是四線制信號方式。
有源和無源是相對于變送器來說的，變送器提供24V的為有源（四線制），變送器不提供24V的為無源（兩線制）。
有源是指各類變送器或者信號源等設(shè)備已經(jīng)一組供電回路給它供電。直接輸出一組4～20mA正負(fù)兩線的信號回路，給采集設(shè)備直接測量。
無源是指各類變送器或者信號源等設(shè)備沒有供電回路給它供電。必須要有采集設(shè)備供給它工作電源，才可以輸出一組4～20mA正負(fù)兩線的信號回路，給采集設(shè)備直接測量。
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