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Products變送器為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢?
更新時間:2021-08-12 點擊次數:3089次
4-20mA,指的就是最小電流為4mA,最大電流為20mA 。
在工業現場,要完成信號的調理并進行長線傳輸,會產生以下問題:
第一,由于傳輸的信號是電壓信號,傳輸線會受到噪聲的干擾;
第二,傳輸線的分布電阻會產生電壓降;
第三,在現場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。
為了解決上述問題和避開相關噪聲的影響,我們會用電流來傳輸信號,因為電流對噪聲并不敏感。4-20mA的電流環便是用4mA表示零信號,用20mA表示信號的滿刻度,而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報警。
肯定有很多朋友會問:為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢?很簡單,如果0是最小,那么開路故障就檢測不到了!
那么,為什么偏偏是4mA呢?正常工作時,電流信號不會低于4mA。當傳輸線因故障斷路,環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。有兩個原因。一個原因是為了避免干擾,另一個原因是在4-20mA使用的是兩線制,即兩根線即是信號線,同時也是電源線,而4mA是為了給傳感器提供電路的靜態工作電流用。
兩線制4-20mA電流信號能傳多遠呢?
4-20mA電流環是可以分為兩線制和三線制的,今天先不說那么多其他內容了,下面請大家跟小編一起計算一下吧。
1.干擾因素
①與激勵電壓高低有關;
②與變送器允許的最小工作電壓有關;
③與板卡設備采集電流用的取壓電阻大小有關;
④與導線電阻的大小有關。
通過這四項有關量,可以計算出4-20mA電流信號的理論傳輸距離。
2.要使4-20mA信號無損失在兩線回路里傳輸,必須滿足歐姆定律。
即:
(激勵電壓-變送器允許的最小工作電壓)≥輸出電流×電流環路總電阻
當輸出電流I=20mA,即0.02A時,上式取等號,
則:
電流環路總電阻=(激勵電壓-變送器允許的最小工作電壓)÷0.02,將這個計算值記作r,
即r=(激勵電壓-變送器允許的最小工作電壓)×50,單位Ω。
這個r,業界稱之為電流信號的負載電阻,也就是電流信號的最大帶載能力。
3.為什么要特意給出這個r的計算式呢?
4-20mA電流信號能傳多遠,實質是實際電阻與r比大小的問題。
當環路實際總電阻>r時,就算傳輸距離為0,變送器也是沒辦法輸出20mA電流的;
當環路實際總電阻=r時,變送器輸出20mA電流,傳輸距離只能為0米(超導除外);
當環路實際總電阻
①由于板卡采集電流用的取壓電阻為定值,故導線電阻大小,決定著傳輸距離的長短;
②導線電阻越小,信號傳輸的距離越遠;
③導線若是超導,電阻≈0,那電流傳到美國去也不是事,傳到火星去也沒問題。
綜上所述,電流環路的總電阻R,必須滿足R≤r,否則4~20mA信號,無法正常傳輸。
4.電流環路的總電阻R,由板卡設備上采集電流信號的取壓電阻R1,和導線電阻R2組成。
取壓電阻R1,多見250Ω、150Ω、100Ω、50Ω,而今流行100Ω-40Ω等小電阻取壓。
導線電阻R2=電導率×導線總長度÷導線橫截面積=單位長度電阻×導線總長度=單位長度電阻×傳輸距離×2
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