两线制4-20mA电流信号究竟能传多远?

时间:2018-06-04 关键词:远传型涡轮流量计,液体流量计,涡轮流量计
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电流来传输模拟量信号,这也广泛的使用与流量计的信号传输上面,比如液体涡轮流量计电磁流量计等等都是带有4-20mA信号输出的。
 
那么为什么需要采用4-20mA电流信号呢?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。

 
电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出,必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线,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。当然,电流输出可以与电源公用一根线(公用VCC或者GND),可节省一根线,称之为三线制变送器。

 
其实大家可能注意到, 4-20mA电流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,特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线,因而被称为两线制变送器。工业电流环标准
下限为4mA,因此只要在量程范围内,变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。

两线制4~20mA变送器的电流信号究竟能传多远呢?

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、业界为啥要特意给出这个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,传到火星去也木问题 , 
 综上: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×(液体涡轮流量计)传输距离×2
    

返回
关闭