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变送器为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢?
发布时间:2021-08-12   点击次数:386次
  4-20mA,指的就是最小电流为4mA,最大电流为20mA 。
 
  在工业现场,要完成信号的调理并进行长线传输,会产生以下问题:
 
  第一,由于传输的信号是电压信号,传输线会受到噪声的干扰;
 
  第二,传输线的分布电阻会产生电压降;
 
  第三,在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
 
  为了解决上述问题和避开相关噪声的影响,我们会用电流来传输信号,因为电流对噪声并不敏感。4-20mA的电流环便是用4mA表示零信号,用20mA表示信号的满刻度,而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
 
  肯定有很多朋友会问:为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢?很简单,如果0是最小,那么开路故障就检测不到了!
 
  那么,为什么偏偏是4mA呢?正常工作时,电流信号不会低于4mA。当传输线因故障断路,环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。有两个原因。一个原因是为了避免干扰,另一个原因是在4-20mA使用的是两线制,即两根线即是信号线,同时也是电源线,而4mA是为了给传感器提供电路的静态工作电流用。
 
  两线制4-20mA电流信号能传多远呢?
 
  4-20mA电流环是可以分为两线制和三线制的,今天先不说那么多其他内容了,下面请大家跟小编一起计算一下吧。
 
  1.干扰因素
 
  ①与激励电压高低有关;
 
  ②与变送器允许的最小工作电压有关;
 
  ③与板卡设备采集电流用的取压电阻大小有关;
 
  ④与导线电阻的大小有关。
 
  通过这四项有关量,可以计算出4-20mA电流信号的理论传输距离。
 
  2.要使4-20mA信号无损失在两线回路里传输,必须满足欧姆定律。
 
  即:
 
  (激励电压-变送器允许的最小工作电压)≥输出电流×电流环路总电阻
 
  当输出电流I=20mA,即0.02A时,上式取等号,
 
  则:
 
  电流环路总电阻=(激励电压-变送器允许的最小工作电压)÷0.02,将这个计算值记作r,
 
  即r=(激励电压-变送器允许的最小工作电压)×50,单位Ω。
 
  这个r,业界称之为电流信号的负载电阻,也就是电流信号的最大带载能力。
 
  3.为什么要特意给出这个r的计算式呢?
 
  4-20mA电流信号能传多远,实质是实际电阻与r比大小的问题。
 
  当环路实际总电阻>r时,就算传输距离为0,变送器也是没办法输出20mA电流的;
 
  当环路实际总电阻=r时,变送器输出20mA电流,传输距离只能为0米(超导除外);
 
  当环路实际总电阻
  ①由于板卡采集电流用的取压电阻为定值,故导线电阻大小,决定着传输距离的长短;
 
  ②导线电阻越小,信号传输的距离越远;
 
  ③导线若是超导,电阻≈0,那电流传到美国去也不是事,传到火星去也没问题。
 
  综上所述,电流环路的总电阻R,必须满足R≤r,否则4~20mA信号,无法正常传输。
 
  4.电流环路的总电阻R,由板卡设备上采集电流信号的取压电阻R1,和导线电阻R2组成。
 
  取压电阻R1,多见250Ω、150Ω、100Ω、50Ω,而今流行100Ω-40Ω等小电阻取压。
 
  导线电阻R2=电导率×导线总长度÷导线横截面积=单位长度电阻×导线总长度=单位长度电阻×传输距离×2
 
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