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4-20mA信號最遠傳送距離

發表時間:2021-09-28 10:01來源:昌暉儀表網址:http://yunrun.com.cn/tech/966.html

兩線制儀表都具有恒流特性,但是當儀表供電電源電壓低至一定程度,或者連接導線電阻大到一定程度時,4-20mADC電流傳送信號仍然會產生誤差。因此考慮的是4-20mADC信號在保證規定精度下的傳送距離,傳送距離實質是確定儀表連接導線的最大長度。
HART智能溫度變送器
                                                 
HART智能溫度變送器兩線制4-20mA輸出


        決定電流源儀表導線長度的參數有:負載電阻RL及連接導線的電阻r;供電電壓U0。及其波動范圍△U;儀表的最大輸出電流Imax;儀表能維持最大工作電流時的最低供電電壓Umin。

        已知:RL=250Ω,U0=24VDC,其允許誤差為24V ,電源允許波動△U=24V×5%=1.2V,Imax=20mA=0.02A。最低供電電壓Umin:各種型號儀表的此值是不相同的,因為這個參數還與電子元件的特性有關系,從產品樣本來看,有的儀表最低的可達12V(但是指無負載時),大多儀表在15-17V之間的居多;現取16.28V。       
Umin=16.28≤24-1.2-0.02×(250+r);則連接導線的電阻      
儀表連接電線用的是銅線,其截面大多選擇S=1.5mm2和0.8mm2的居多,在《電工手冊》上有銅電線在20℃和75℃時的電阻系數,在選擇銅導線時應考慮到使用現場的環境情況,因此最好選擇75℃時的電阻系數來計算較妥。已知t=75℃時銅的電阻系數ρ=0.0217Ω×mm2/m。根據 就可計算出銅導線的最大長度。用標稱截面1.5mm2導線時 ; 用標稱截面0.8mm2導線時 。為儀表的接線往返是兩根線,所以導線長度計算結果應除以二,即從理論上說用標稱截面1.5 mm2導線時4-20mA信號最遠可傳送2626m;用標稱截面0.8 mm2導線時4-20mA信號最遠可傳送1400m。

        在實際應用中決定導線的真實長度要比計算值略低才行,因為電線的標稱截面幾乎都是偏高的。如果遇到現場距離超過上述的長度時,可采取以下措施:增大電線的線徑,來減少導線電阻;適當調高儀表的供電電壓。

        20世紀80年代,上海自動化儀表一廠針對其生產的DDZ-Ⅲ型電動單元組合儀表的變送器、調節器、電氣轉換器、操作器等單元,在最低供電電壓(22.8V)時允許的導線電阻,曾列過一個表格供用戶參考,表后還注明:“如果系統設計時導線電阻不超過上表,則信號電流在4-20mA范圍內,都能保證傳送的精度不變?!庇捎谄溥€有現實意義,特把此表格提供如下:

DDZ-Ⅲ型電動單元組合儀表在最低供電電壓時允許的導線電阻


阻值Ω

單元名稱

最大負載電阻

除去標準負載250Ω后的導線電阻

再除去齊納安全柵內阻后的導線電阻

再除去電流指示儀內阻后的導線電阻

接雙執行機構后的導線電阻

電容式壓力、差壓變送器

600

350

210

200

--

矢量機構差壓、壓力變送器

410

160

20

10

--

溫度變送器

450

200

60

10

--

電氣轉換器

450

200

60

50

--

調節器

750

450

320

--

20

執行器

750

450

320

--

20

:執行機構負載電阻<300Ω

        看了以上的計算及表格,有的讀者會說,有時現場實際接線長度并不太長,但在使用中仍無法正常使用,究其原因可能是:
①電流傳送信號導線過長時,沒有采取必要的屏蔽措施,或者沒有遵守屏蔽線一端接地規則而引入了干擾。
②在一個系統中應選擇電位最低的一點作為信號的公共點,在電動儀表中,24V電源的負線電位最低,它就是信號公共線。因此在電流傳送的一對信號線中,其電位較低的一根,即信號負線應與24V負線相連。如果接線錯誤或漏接會造成信號負線浮空而引入了干擾。


直流電壓信號為何不宜用于長距離傳輸?
        在《GB/T 3369.2-2008 過程控制系統用模擬信號 第2部分:直流電壓信號》標準中描述:“與GB/T 3369.1-2008所規定的模擬直流電流信號相反,本部分所規定的模擬直流電壓信號不宜用作長距離的傳輸”。主要原因是電壓信號經過長距離傳輸會有所衰減,而且容易受到干擾。





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