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本周科普:为什么4-20mA直流电流是标准信号?

发布日期:2020-04-16 11:25  点击:次

工业上经常需要测量温度、压力、风速等非电物理量,这些通常都需要转换成模拟量才能传输到控制室或显示设备上,而对于一些电流输出传感器而言,一般都是选择4-20mA直流电流输出,那为什么不选择其它的输出数值呢?

4-20mA.DC(1-5V.DC)信号制是国际电工委员会(IEC):过程控制系统用模拟信号标准,如连接仪表、变送设备、控制设备、计算机采样设备等。我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始采用这一国际标准信号制,仪表传输信号采用4-20mA.DC,联络信号采用1-5V.DC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。


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一、为何远传信号要用电流源?

通常测量现场与控制室之间的距离都比较远,如果用电压源信号远传,当连接电线的电阻较大时,由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压,将产生较大的误差。采用电流信号的原因是不容易受干扰,因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V,但是噪声的功率很弱,所以噪声电流通常小于nA级别,因此给4-20mA传输带来的误差非常小;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,因此在普通双绞线上可以传输数百米,只要传送回路不出现分支,回路中的电流就不会随电线长短而改变,从而保证了传送的精度。 

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二、为何标准电流信号是4-20mA呢?

4-20mA二线制传感器的设计,用20mA表示信号的满刻度,但起点信号为什么不是0mA呢?电流型变送器将物理量转换成4-20mA标准电流信号输出,必然要有外电源为其供电,其中0-4mA电流是为了供应传感器自身最小的工作电流需要,如果采用0-20mA,当信号很小的时候,传感器便无法获得足够的工作能量。而在低于4mA,高于20mA的信号则用于各种故障的报警,比如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,所以常取2mA作为断线报警值。同时,仪表电气零点为4mA.DC,不与机械零点重合,这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障




最大电流20mA的选择是基于安全、实用的考虑,20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。  

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因此,一般传感器都是4-20mA信号输出,这样信号不容易受干扰而且安全可靠,两线制4-20mA输出更可以节省传感器成本等等,这些原因使得以电流输出为主的压力传感器、温度传感器等产品在工业上普遍使用的是两线制4-20mA输出。




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