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4-20MA信號(hào)究竟能夠傳輸多遠(yuǎn)?

更新更新時(shí)間:2022-08-03      點(diǎn)擊次數(shù):2408

工業(yè)上普遍需要測(cè)量各類(lèi)非電物理量,例如溫度、壓力、速度、角度等,這些都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號(hào)才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備稱(chēng)為變送器。目前工業(yè)上采用*泛的是用4~20mA電流來(lái)傳輸模擬量。采用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無(wú)窮大,導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度,在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。

4~20mA是指最小電流為4mA,最大電流為20mA ,上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯等氣體,對(duì)于氣體傳感器來(lái)說(shuō)是非常重要的,因?yàn)榛鸹芰刻罂赡軙?huì)點(diǎn)燃易燃易爆氣體,產(chǎn)生的后果難以想象。 

        下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測(cè)斷線:正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA,當(dāng)傳輸線因故障斷路,環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。另一個(gè)原因是在4-20mA使用的是兩線制,即兩根線即是信號(hào)線,同時(shí)也是電源線,而4mA是為了給傳感器提供電路的靜態(tài)工作電流用。

        4~20mA變送器的電流信號(hào)究竟能傳多遠(yuǎn)呢?

        干擾因素:

①與激勵(lì)電壓高低有關(guān);

②與變送器允許的最小工作電壓有關(guān);

③與板卡設(shè)備采集電流用的取壓電阻大小有關(guān);

④與導(dǎo)線電阻的大小有關(guān)。

        通過(guò)這四項(xiàng)有關(guān)量,可以計(jì)算出4~20mA電流信號(hào)的理論傳輸距離。其中,Uo是變送器的供電電壓,必須在滿(mǎn)載時(shí)(電流I=20mA)保證Uo≥Umin。即:Ue-I.(RL+2r)≥Umin

        根據(jù)這個(gè)公式,可以計(jì)算出在變送器處于低工作電壓時(shí),大的導(dǎo)線電阻。假設(shè):已知:Ue=24V,I=20mA,RL=250Ω,Umin=12V。求出r的大值為175Ω:

再根據(jù)導(dǎo)線電阻的計(jì)算公式:圖片1

        其中:

ρ——電阻率(銅電阻率=0.017,鋁電阻率=0.029)

L——線的長(zhǎng)度(單位:米)

S——線的截面(單位:平方毫米)

注:電阻值與長(zhǎng)度成正比,與截面積成反比。導(dǎo)線越長(zhǎng),電阻越大, 導(dǎo)線越粗,電阻越小。

        以銅線為例,ρ= 0.017 Ω·mm2/m,即:橫截面積1mm2,長(zhǎng)度1m的銅線電阻為0.017Ω。那么175Ω對(duì)應(yīng)1mm2的導(dǎo)線長(zhǎng)度為175/0.017=10294(米)。因此,理論上4-20mA信號(hào)傳輸可達(dá)上萬(wàn)米(根據(jù)不同激勵(lì)電壓和變送器的*低工作電壓等因素而定)。


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