在工業(yè)自動化領(lǐng)域，4 - 20mA 信號傳輸是一種極為重要且廣泛應(yīng)用的技術(shù)。下面我們將對其進(jìn)行詳細(xì)解析，深入探討其優(yōu)點和應(yīng)用。
- 電流信號不易受干擾
在工業(yè)應(yīng)用中，采用電流信號進(jìn)行傳輸具有顯著優(yōu)勢。工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，往往存在幅度高達(dá)數(shù)伏的噪聲電壓，但這些噪聲的功率較弱，通常不會超過納安級別。這使得電流信號在傳輸過程中能夠保持較高的準(zhǔn)確性。此外，電流源的內(nèi)阻極大，導(dǎo)線電阻在回路中對精度的影響幾乎可以忽略不計。因此，4 - 20mA 電流信號能夠在普通雙絞線上進(jìn)行數(shù)百米的遠(yuǎn)距離傳輸，這是電壓信號難以比擬的。
- 接收端低噪聲設(shè)計
在接收端，只需將一個 250 歐姆的電阻與地相連，就可以將 0 - 5V 的電壓轉(zhuǎn)換為可用的信號。同時，由于接收器采用低輸入阻抗設(shè)計，nA 級的輸入電流噪聲所產(chǎn)生的電壓噪聲非常微弱，這進(jìn)一步保證了信號接收的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
- 電流信號安全特性
選擇上限為 20mA 是出于防爆安全的考慮。因為在這個電流值下，通斷時產(chǎn)生的火花能量不足以引燃瓦斯，從而確保了在易燃易爆環(huán)境中的使用安全。而選擇下限不取 0mA，則是為了能夠檢測斷線情況。當(dāng)傳輸線斷路時，電流會低于 4mA，系統(tǒng)可以及時發(fā)出報警信號，保障了系統(tǒng)的可靠性。 - 變送器與信號轉(zhuǎn)換
電流型變送器能夠?qū)⑽锢砹哭D(zhuǎn)換為 4 - 20mA 電流輸出，但它需要外電源供電。最典型的四線制變送器需要兩根電源線和兩根電流輸出線。為了節(jié)省線纜成本和安裝空間，出現(xiàn)了三線制變送器，它讓電流輸出與電源公用一根線。更進(jìn)一步，兩線制變送器利用 4 - 20mA 電流本身為變送器供電，使變送器成為電路中的一個特殊負(fù)載，只需外接兩根線即可正常工作，極大地簡化了工業(yè)現(xiàn)場的布線和安裝。
- 現(xiàn)場與控制室信號選擇
4 - 20mA DC 信號制在現(xiàn)場與控制室之間的信號傳輸中具有明顯的優(yōu)越性。在這一標(biāo)準(zhǔn)下，儀表傳輸信號采用 4 - 20mA DC，接收信號轉(zhuǎn)化為 1 - 5V DC，構(gòu)成了電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。這是因為電流信號在遠(yuǎn)傳時，只要傳送回路無分支，回路電流就不會因電線長短而改變，確保了傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。而電壓信號在遠(yuǎn)傳時，容易受到電線電阻的影響，產(chǎn)生誤差。 - 信號制的優(yōu)點
采用 4 - 20mA 信號制具有諸多優(yōu)點。它能夠保證信號傳輸?shù)木_性和抗干擾能力，連接簡單，并且有利于防爆安全。自 DDZ - Ⅲ 型電動儀表起，該信號制在我國得到了廣泛應(yīng)用，成為了儀表傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。 - 變送器選擇原因
變送器選擇 4 - 20mA DC 信號制的主要原因是這一信號范圍提供了足夠的信號強度和分辨率，能夠滿足各種工業(yè)應(yīng)用的需求。此外，這種信號制還具備抗干擾能力強、易于與其他設(shè)備兼容等優(yōu)點，在實際應(yīng)用中占據(jù)著重要地位。 - 信號最大與最小電流選擇
選擇 20mA 作為信號最大電流是綜合考慮了安全、實用、功耗及成本等多個因素。在以防爆安全火花型儀表為前提的條件下，為了降低儀表靜態(tài)和動態(tài)功耗，確保其正常工作，需要將功耗降至最低。采用輸出 4 - 20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號的變送器，其電源電壓通常選用 24V DC。而選擇 4mA 作為信號起點電流，是為了提供一個 “活零點”，便于在故障情況下識別問題。當(dāng)信號低于 4mA 時，就可以判斷系統(tǒng)可能出現(xiàn)了故障，如斷線等情況。 - 傳感器的發(fā)展與多樣化
隨著工業(yè)需求的不斷變化，傳感器的輸出形式也從傳統(tǒng)的 4 - 20mA 電流信號傳輸發(fā)展得更加多樣化，如 3.33mV/V、2mV/V、0 - 5V 和 0 - 10V 等。這些多樣化的輸出形式能夠更好地適應(yīng)不同的工業(yè)應(yīng)用場景，為工業(yè)自動化系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提供了更多的選擇。
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