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工业现场通讯中为什么采用4-20mA来传输模拟量?

 发布时间:2021-09-01 点击量:146

  工业现场通讯中,数字量传输的方式我们见的比较多,诸如RS232RS485CAN总线等。而普遍需要测量的各类非电物理量,例如温度、压力、流量等,这些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,那么,我们用什么方式来传输模拟信号呢?目前最广泛采用的是用4-20mA电流来传输模拟量。 

为何采用电流信号 

采用电流信号的原因是:电流信号传输抗干扰性能优于电压信号。 

因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数伏,在某些强干扰场合,如采用变频电源的试验现场,通过线缆耦合的噪声电压幅值可能达到十伏以上甚至几十伏,此时采用电压传输模拟量已经完全失去意义。 

虽然噪声电压的幅度高,但是其功率微弱,所以噪声电流通常小于nA级别,因此给电流传输带来的误差非常小;另外,电流源内阻趋于无穷大,导线电阻串联在回路中不影响精度(如采用电压源信号远传,由于线路电阻与接收仪表输入电阻分压,将产生较大误差),因此在普通双绞线上可以传输数百米。 

信号最大电流选择20mA的原因 

30V电压30mA电流所引起的火花是可以点燃危险气体的平均下限,为了保险起见,同时参照其它传统设定,所以将许多仪表定位24V供电,同时限定电流小于30mA,为了留有余地,信号上限定为20mA 

最大电流20mA的选择也是基于安全、使用、功耗、成本的考虑。仪表只能采用低电压、低电流,综合考虑生产现场仪表之间的连接距离,所带负载等因素,还有就是功耗及成本问题,对电子元器件的要求,供电功率的要求等因素,最后由国际电工委员会(IEC)确定4-20mA信号为过程控制系统用模拟信号标准。 

信号起点电流选择4mA的原因 

为了区分没有信号和信号为零,信号的起始值(信号零位值)不能为零(电气值) 

另外,两线制仪表在信号值为零时仍需要一定的能量供应,在24V供电条件下,4mA电流提供的能量,是当时制定标准时,大部分仪表生产商能接受的能量供应下限。 

4-20mA电流作用在250欧姆电阻上,正好符合标准信号的电压标准1-5V


四、4-20mA电流环类型?

1、四线制:两根电源线,加上两根电流输出线,总共要接4根线,称之为四线制变送器。

2、三线制:电流输出可以与电源公用一根线(公用VCC或者GND),称之为三线制变送器。目前三线制是4-20mA输出信号可燃气体浓度探测器的主流类型。

3、二线制: 4~20mA电流环本身就可以为变送器供电,变送器在电路中相当于一个特殊的负载,这种变送器只需外接2根线,因而被称为两线制变送器。

*两线制更为简单,但要注意的是,电流环标准下限为4mA,变送器通常只有24V4mA供电,因此变送器的功耗要小,常见的可燃可燃气体浓度探测器、声光报警可燃气体浓度探测器等产品均不能两线制正常工作。两线制仅常见于有毒气远程显示变送器等少数场合。

 

 


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