中心議題：

• 介紹數字傳感器的分類
• 指出在選擇與傳感器接口的數字I/O模塊時應注意哪些問題

解決方案：

• 在將數字傳感器與數據捕獲設備對接時，須考慮可能影響接口性能的關鍵因素
• 3線傳感器從一個激勵終端獲取能量
• 數字傳感器I/O模塊的選擇需要注意3個問題

數字傳感器以及由數字信號驅動的激勵器的應用非常廣泛，幾乎所有現實中的變量(如溫度

、流量、壓力
、速度等等)測量中都可以找到數字傳感器的應用，其數字輸 出有多種格式

，本文首先根據輸出信號和電路接口的類型對數字傳感器分類，然後指出在選擇與傳感器接口的數字I/O模塊時應注意哪些問題。

數字傳感器與模擬傳感器不同
，模擬傳感器的輸出值是一個在整個輸出範圍內連續變化的值，而數字傳感器的輸出值隻有兩種，非 “0”即“1”。輕觸開關(touch switch)就(jiu)是(shi)數(shu)字(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)一(yi)個(ge)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)例(li)子(zi)，在(zai)未(wei)被(bei)按(an)下(xia)時(shi)，輕(qing)觸(chu)開(kai)關(guan)通(tong)常(chang)是(shi)一(yi)個(ge)阻(zu)抗(kang)無(wu)窮(qiong)大(da)的(de)開(kai)路(lu)電(dian)路(lu)
，而(er)按(an)下(xia)之(zhi)後(hou)
，就(jiu)變(bian)成(cheng)一(yi)個(ge)阻(zu)抗(kang)為(wei)零(ling)的(de)短(duan)路(lu)電(dian)路(lu)。
 
在(zai)將(jiang)數(shu)字(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)數(shu)據(ju)捕(bu)獲(huo)設(she)備(bei)對(dui)接(jie)時(shi)，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)一(yi)些(xie)可(ke)能(neng)影(ying)響(xiang)接(jie)口(kou)性(xing)能(neng)的(de)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。下(xia)文(wen)中(zhong)
，我(wo)們(men)將(jiang)介(jie)紹(shao)這(zhe)些(xie)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)，並(bing)為(wei)你(ni)提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)簡(jian)易(yi)方(fang)法(fa)，以(yi)指(zhi)導(dao)你(ni)正(zheng)確(que)選(xuan)擇(ze)適(shi)合(he)你(ni)應(ying)用(yong)的(de)數(shu)據(ju)捕(bu)獲(huo)設(she)備(bei)。

數字傳感器的分類
由(you)於(yu)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)，市(shi)場(chang)上(shang)出(chu)現(xian)了(le)各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)複(fu)雜(za)的(de)數(shu)字(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，而(er)且(qie)如(ru)今(jin)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)經(jing)能(neng)夠(gou)產(chan)生(sheng)一(yi)長(chang)串(chuan)的(de)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)轉(zhuan)換(huan)，使(shi)用(yong)這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)時(shi)，輸(shu)出(chu)脈(mai)衝(chong)序(xu)列(lie)的(de)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)，甚(shen)至(zhi)是(shi)脈(mai)衝(chong)形(xing)狀(zhuang)都(dou)能(neng)表(biao)征(zheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)，從(cong)而(er)使(shi) 得連續測量變為可能。

圖1按照傳感器輸出的驅動信號的信號特征對傳感器進行分類(有5種），其中，45%的數字傳感器是以數字線的開關狀態表征輸出，35 %以輸出信號的頻率表征輸出，12 %則是以輸出信號的占空比來表征輸出
，另有6%以時間間隔表征
，2%以脈衝數表征。 
 

zaixuanzebuhuochuanganqishujusuoxudegongyeshuzimokuaishi
，nenggoubiaodachuanganqiceliangjieguodexinhaotezhengshidiyigexuyaokaolvdexuanzecanshu。zaijuedingnisuoxuanzedeshuziI/O模塊中是否需要計數器時
，這一參數十分重要。
 
吸入和泵出這兩個術語定義了負載中直流電流的流向控製。吸入型器件為電流提供一條到地的通路

，不負責為設備供電。凡名字中包 含NPN、集電極開路和IEC負邏輯這些術語的器件都屬於吸入型器件。泵出型器件提供電源或一個正電壓，將電流灌入負載。凡名字中包含PNP、發射極開 路、常低和IEC正邏輯等術語的器件都屬於泵出型器件。

吸入和泵出的概念與用來完成操作的元件無關(不論元件是晶體管、機械繼電器還是其它)。這一概念對任何DC電路均適用，但用於實現這一電路的元件可以有多種選擇。
 
2線傳感器或3線傳感器
對於定義傳感器開態和關態時電流和電壓的關係而言，十分重要。一個傳感器可按以下方式被歸為2線傳感器或3線傳感器。
 
2線傳感器
這種傳感器與數據捕獲設備串聯，當傳感器未被激活時，它隻吸收一個最小操作電流，這一電流值等於傳感器的關態泄漏電流，有些 chuanganqichangshangyechengzhiweicanyudianliu。dangchuanganqimeiyoulianjieshujubuhuoshebei
，erzhijielianjiedaoqitafuzaishangshi，jiubucunzaicanyudianliuwenti，liruzaigongyehuanjingzhong，zhexie2線傳感器就常常 直接連接到電機，以及類似電機的低阻設備。

但如果傳感器所需的殘餘電流高於數字I/O模塊能夠提供的電流
，那麼問題就出現了。這時數字I/O模塊可能會因為傳感器吸收的電流高於它準備提供的電流而錯誤地將關態檢測為開態。工業應用中的大多數2線傳感器的關態泄漏電流或殘餘電流都不高於1.7毫安。
 
與關態類似，傳感器要維持開態也需要一個最小電流，這就是最小保持電流(minimum holding current)
，其值通常在3毫安到20毫安之間。如果數字I/O模塊不能吸收或提供該電流
，那麼傳感器將無法正常工作。

線xian傳chuan感gan器qi並bing不bu直zhi接jie通tong過guo數shu字zi輸shu出chu線xian獲huo取qu能neng量liang，而er是shi從cong一yi個ge激ji勵li終zhong端duan獲huo取qu能neng量liang，某mou些xie廠chang商shang也ye將jiang這zhe種zhong傳chuan感gan器qi叫jiao做zuo線xian路lu驅qu動dong傳chuan感gan器qi。這zhe類lei傳chuan感gan器qi從cong數shu字ziI/O模塊處吸收的電流叫做負荷電流，通常為20毫安左右。但注意，該電流是由激勵終端提供的。

數字傳感器驅動電路
按照實現傳感器輸出的電子元件分類。用於驅動數字傳感器輸出的電子元件通常有三種：機械繼電器
、晶體管和雙向FET器件。

機械繼電器是一種電磁器件，閉合觸點時能夠接通電路，斷開觸點時能夠切斷電路。這種器件能夠承受高壓下的電流負載。機械繼電 器(qi)相(xiang)對(dui)於(yu)固(gu)態(tai)繼(ji)電(dian)器(qi)而(er)言(yan)屬(shu)於(yu)低(di)速(su)器(qi)件(jian)，因(yin)此(ci)通(tong)常(chang)用(yong)於(yu)以(yi)線(xian)路(lu)狀(zhuang)態(tai)表(biao)征(zheng)輸(shu)出(chu)結(jie)果(guo)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)。這(zhe)種(zhong)器(qi)件(jian)常(chang)出(chu)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)觸(chu)點(dian)老(lao)化(hua)和(he)阻(zu)抗(kang)增(zeng)大(da)，其(qi)觸(chu)點(dian)的(de)壽(shou)命(ming)取(qu)決(jue)於(yu)電(dian) 流負荷和工作頻率。在與計數器或者數字I/O模塊連接時，機械繼電器有時會由於觸點反彈而輸出不確定的結果。

晶體管是一種用於控製DC電流的固態器件

，有兩種類型：NPN型和PNP型，通常在低直流電源的傳感器中用作輸出開關。圖2給出了一個NPN(電流吸收) 型集電極開路晶體管。 

 
雙向FET器件是以一種叫做雙向FET輸出的結構實現的，如圖3所示。該結構有許多優點
，但最重要的是它能夠直接與TTL和 CMOS電路接口，而且它具有關態泄漏電流低和響應速度快的特性。FET的意思是場效應晶體管，它是一種最適合於用作數字傳感器輸出的器件，因為其工作特 性接近理想模型。

數字傳感器I/O模塊的選擇
在選擇數字I/O模塊時
，我們必須回答以下三個問題：
1． 傳感器輸出的數字信號的什麼特征能夠表征傳感器的測量結果
？從列表1你就能選擇一組數字I/O模塊。

2． 傳感器的輸出是吸入型輸出還是泵出型輸出

？表1同樣也提供了一組根據吸入和泵出能力分類的NI數字I/O板
，如果你所采用的傳感器是吸入型輸出，那麼你就需要選擇一塊泵出型輸入的I/O板
，反之亦然。
 
3． 用來實現傳感器輸出的是什麼元件？這時我們可能就需要考慮傳感器的關態泄漏電流和開態最小保持電流。比較表2中傳感器的規格和數據捕獲設備的規格，你就能選出最適合你傳感器的數字I/O設備。 
 

在選擇過程中，除了考慮電壓之外
，以下兩個條件也必須受到重視(有時我們會將其忽略)：
1. 傳感器的關態泄漏電流≤I/O板的低態最大輸入電流；
2. 傳感器的最小保持電流≤I/O板的高態最大輸入電流。