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水泵变频控制器为什么要用4~20mA电流作为模拟量?
发布: 2018-9-20 14:12:21

工业上普遍需要测量各类非电物理量,例如温度、压力、速度、角度等,都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。


一、何为4~20mA电流模拟量?


采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大,导线电阻串联在回路中不影响精度,在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求:20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线:正常工作时不会低于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。还有有两个原因。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。


二、4-20mA到底能传多远?


两线制4~20mA电流信号能传多远呢?今天小编就来给大家科普一下!

1.两线制4~20mA变送器的电流信号究竟能传多远呢?

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。

即满足:(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)÷0.03、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.业界为什么要特意给出这个r的计算式呢?

那是由于: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<r时,变送器输出20mA电流,才能在环路中有效传输若干米。

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


5、编个小题算一算

4~20mA电流信号的理论传输距离L(单位千米),A采用2.5平方毫米双绞线,每1000米的电阻=7.5Ω,用此导线传输信号A自研自造的SC322无零漂压力变送器,最小允许激励电压=10VDC,DCS板卡上采集电流用的取压电阻R1=100Ω,DCS板卡上的供电电压=24VDC,电流信号的最大传输距离距离为多少?

计算如下:

①先计算变送器的负载电阻r,r=(24-10)×50=700Ω

②再写出环路总电阻R的算式:

R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 单位Ω

③由于有R≤r,即(100+15L)≤700

计算得:L≤40千米,即最大传输距离为40000米





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