4-20mA信号究竟能够传输多远

发布时间:2016-05-04 阅读人数 3034

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一、前言

      我国电气自动化仪表从技术发展角度分类,主要分为DDZ-Ⅰ型、DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型等几个类型,目前基本上都是电3型和电4型仪表,分别是指DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型。它们的主要特点是:

电动单元组合仪表(DDZ

特点

研制时间

直流电流信号范围

DDZ-Ⅰ型仪表

以电子管为核心元件

60年代前后

DDZ-Ⅱ型仪表

以晶体管为核心元件

60年代

0-10mA

DDZ-Ⅲ型仪表

以集成电路为核心元件

70年代

4-20mA

DDZ-S型仪表

以微电脑为核心的智能型仪表

70年代后期

4-20mA

     对于Ⅲ型仪表和S型仪表之间的模拟信号均采用标准的4-20mA.DC(电流传输)或1-5V.DC(电压接收)。参考标准GB/T 3369.1-2008和GB/T 3369.2-2008。

二、直流电压信号为何不宜用于长距离传输?

      在《GB/T 3369.2-2008 过程控制系统用模拟信号 第2部分:直流电压信号》标准中描述:“与GB/T 3369.1-2008所规定的模拟直流电流信号相反,本部分所规定的模拟直流电压信号不宜用作长距离的传输”。主要原因是电压信号经过长距离传输会有所衰减,而且容易受到干扰。

 

                                                                图1:电压信号传输时会有衰减

 

                                                                 图2:电流信号传输时无衰减

    正是由于电压信号有衰减,所以当电压信号传输时,要求接收端必须呈现高阻抗,即图1中的Ri越大越好,而输入阻抗越高,越容易受到干扰。

    因此,直流电压信号不宜用于长距离传输。

    三、4-20mA电流信号究竟能够传输多远?

        4-20mA电流信号的传输距离主要与以下几个因素有关:

        1.信号的激励电压Ue;

        2.仪表的最低工作电压Umin;

        3.接收设备的负载(采样)电阻RL;

        4.导线电阻r。

 

                                                           图3:二线制变送器电流信号传输回路

     其中,Uo是变送器的供电电压,必须在满载时(电流I=20mA)保证Uo≥Umin。

     即:U_e-I?(R_L+2r)≥U_min。根据这个公式,可以计算出在变送器处于最低工作电压时,最大的导线电阻。假设:

     已知:Ue=24V,I=20mA,RL=250Ω,Umin=12V。求出r的最大值为175Ω:

 

    再根据导线电阻的计算公式:R=ρ?L?S 其中:

    ρ——电阻率(铜电阻率=0.017,铝电阻率=0.029)

    L——线的长度(单位:米) 

    S——线的截面(单位:平方毫米) 

   注:电阻值与长度成正比,与截面积成反比。导线越长,电阻越大, 导线越粗,电阻越小。

   以铜线为例,ρ= 0.017 Ω·mm2/m,即:横截面积1mm2,长度1m的铜线电阻为0.017Ω。那么175Ω对应1mm2的导线长度为175/0.017=10294(米)。

   因此,理论上4-20mA信号传输可达上万米(根据不同激励电压和变送器的最低工作电压等因素而定)。

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技术部:杜刚


上海辰竹仪表有限公司


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