工业应用中传感器数字I/O模块的选择

数字传感器以及由数字旗子暗记驱动的激励器的应用异常遍及，几乎所有实际中的变量(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，其数字输出有多种花腔，本文起首按照输出旗子暗记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寡居口的数字I/O模块时应属意哪些问题。

数字传感器与模拟传感器不合，模拟传感器的输出值是一个在整个输出局限内连气儿改变的值，而数字传感器的输出值只有两种，非“0”即“1”。轻触开关(touch switch)就是数字传感器的一个最简单的例子，在未被按下时，轻触开关常日是一个阻抗无限除夜的开路电路，而按下之后，就变成一个阻抗为零的短路电路。

在将数字传感器与数据捕获设备对接时，必需考虑一些可能影响接口机能的关键成分。下文中，我们将介绍这些关键成分，并为你供应一种简单纯真方式，以指导你精确选择适合你应用的数据捕获设备。

数字传感器的分类
因为手艺提高，市场上泛起了各类各样复杂的数字传感器，并且如今的传感器已经可以或许发生一长串的开关状况转换，哄骗这些传感器时，输出脉冲序列的频率特征，甚至是脉冲外形都能表征传感器的测量后不雅，除夜而使得连气儿测量变为可能。 图1按照传感器输出的驱动旗子暗记的旗子暗记特征对传感器进行分类(有5种），个中，45%的数字传感器是以数字线的开关状况表征输出，35 %以输出旗子暗记的频率表征输出，12 %则是以输出旗子暗记的┞芳空比来表征输出，还有6%以时辰距离表征，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，可以或许表达传感器测量后不雅的旗子暗记特征是第一个需要考虑的选择参数。在决意你所选择的数字I/O模块中是否需要计数器时，这一参数十分首要。

吸入和泵出这两个术语定义了负载中直流电流的流向节制。吸入型器件为电流供应一条到地的通路，不负责为设备供电。凡名字中包含NPN、集电极开路和IEC负逻辑这些术语的器件都属于吸入型器件。泵出型器件供应电源或一个正电压，将电流灌入负载。凡名字中包含PNP、发射极开路、常低和IEC正逻辑等术语的器件都属于泵出型器件。 吸入和泵出的概念与用来完成操作的元件无关(不论元件是晶体管、机械继电器照样其它)。章一ㄅ念对任何DC电路均合用，但用于实现这一电路的元件可以有多种选择。 2线传感器或3线传感器 对于定义传感器开态和关态时电流和电压的关系而言，十分首要。一个传感器可按以下体式技俩被归为2线传感器或3线传感器。 2线传感器 这种传感器与数据捕获设备串联，当传感器未被激活时，它只接收一个最小操作电流，这一电流值等于传感器的关态泄露电流，有些传感器厂商也称之为残存电流。当传感器没有邻接数据捕获设备，而直接邻接到其它负载上时，就不存在残存电流问题，例如在工业环境中，这些2线传感器就经常直接邻接到电机，以及雷同电机的低阻设备。 但假如传感器所需的残存电流高于数字I/O模块可以或许供应的电流，那么问题就泛起了。这时数字I/O模块可能会因为传感寡居收的电流高于它预告供应的电流而错误地将关态检测为开态。工业应用中的除夜多半2线传感器的关态泄露电流或残存电流都不高于1.7毫安。

与关态雷同，传感器要维持开态也需要一个最小电流，这就是最小贯穿连接电流(minimum holding current)，其值常日在3毫安到20毫安之间。假如数字I/O模块不克不及接收或供应该电流，那么传感器将无法正常工作。 3线传感器 3线传感器并不直接经由过程数字输出线获取能量，而是除夜也述激励终端获取能量，某些厂商也将这种传感器叫做线路驱动传感器。这类传感器除夜数字I/O模块处接收的电流叫做负荷电流，常日为20毫安阁下。但属意，该电流是由激励终端供应的。

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常日有三种：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，闭合触点时可以或许接通电路，断开触点时可以或许割断电路。这种器件可以或许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，是以常日用于以线路状况表征输出后不雅的传感器中。这种器件常泛起的问题是触点老化和阻抗增除夜，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模块邻接时，机械继电器有时会因为触点反弹而输出不确定的后不雅。 晶体管是一种用于节制DC电流的固态器件，有两种类型：NPN型和PNP型，常日在低直流电源的传感器顶用作输出开关。图2给出了一个NPN(电流接收) 型集电极开路晶体管。 双向FET器件是以一种叫做双向FET输出的构造实现的，如图3所示。该构造有很多长处，但最首要的是它可以或许直接与TTL和CMOS电路接口，并且它具有关态泄露电流低和响应速度快的特征。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，因为其工作特征接近幻想模型。

数字传感器I/O模块的选择
在选择数字I/O模块时，我们必需回覆以下三个问题：
1.传感器输出的数字旗子暗记的什么特征可以或许表征传感器的测量后不雅？除夜列表1你就能选择一组数字I/O模块。
2.传感器的输出是吸入型输出照样泵出型输出？表1同样也供应了一组按照吸入和泵出能力分类的NI数字I/O板，假如你所采用的传感器是吸入型输出，那么你就需要选择一块泵出型输入的I/O板，反之亦然。
3.用来实现传感器输出的是什么元件？这时我们可能就需要考虑传感器的关态泄露电流和开态最小贯穿连接电流。对照表2中传感器的规格和数据捕获设备的规格，你就能选出最适合你传感器的数字I/O设备。
在选择过程中，除了考虑电压之外，以下两个前提也必需受到正视(有时我们会将其忽略)：
1.传感器的关态泄露电流≤I/O板的低态最除夜输入电流；
2.传感器的最小贯穿连接电流≤I/O板的高态最除夜输入电流。