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為什么4-20mA直流電流是標準信號?

來源:成都科大勝英科技有限公司   2023年01月04日 13:40  

工業上經常需要測量溫度、壓力、風速等非電物理量,這些通常都需要轉換成模擬量才能傳輸到控制室或顯示設備上,而對于一些電流輸出傳感器而言,一般都是選擇4-20mA直流電流輸出,那為什么不選擇其它的輸出數值呢?

4-20mA.DC(1-5V.DC)信號制是國際電工委員會(IEC):過程控制系統用模擬信號標準,如連接儀表、變送設備、控制設備、計算機采樣設備等。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一國際標準信號制,儀表傳輸信號采用4-20mA.DC,聯絡信號采用1-5V.DC,即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。

一、為何遠傳信號要用電流源?

通常測量現場與控制室之間的距離都比較遠,如果用電壓源信號遠傳,當連接電線的電阻較大時,由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓,將產生較大的誤差。采用電流信號的原因是不容易受干擾,因為工業現場的噪聲電壓的幅度可能達到數V,但是噪聲的功率很弱,所以噪聲電流通常小于nA,因此給4-20mA傳輸帶來的誤差非常小;電流源內阻趨于無窮大,導線電阻串聯在回路中不影響精度,因此在普通雙絞線上可以傳輸數百米,只要傳送回路不出現分支,回路中的電流就不會隨電線長短而改變,從而保證了傳送的精度。

二、為何標準電流信號是4-20mA呢?

4-20mA二線制傳感器的設計,用20mA表示信號的滿刻度,但起點信號為什么不是0mA呢?電流型變送器將物理量轉換成4-20mA標準電流信號輸出,必然要有外電源為其供電,其中0-4mA電流是為了供應傳感器自身最小的工作電流需要,如果采用0-20mA,當信號很小的時候,傳感器便無法獲得足夠的工作能量。而在低于4mA,高于20mA的信號則用于各種故障的報警,比如正常工作時不會低于4mA,當傳輸線因故障斷路,環路電流降為0,所以常取2mA作為斷線報警值。同時,儀表電氣零點為4mA.DC,不與機械零點重合,這種“活零點”有利于識別斷電和斷線等故障。

最大電流20MA的選擇是基于安全、實用的考慮,20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。

因此,一般傳感器都是4-20mA信號輸出,這樣信號不容易受干擾而且安全可靠,兩線制4-20mA輸出更可以節省傳感器成本等等,這些原因使得以電流輸出為主的壓力傳感器、溫度傳感器等產品在工業上普遍使用的是兩線制4-20mA輸出。


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