4-20mA信号最远传送距离

2017/9/18 13:52:46 人评论 次浏览 分类:电子技术  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/966.html

两线制仪表都具有恒流特性,但是当仪表供电电源电压低至一定程度,或者连接导线电阻大到一定程度时,4-20mADC电流传送信号仍然会产生误差。因此考虑的是4-20mADC信号在保证规定精度下的传送距离,传送距离实质是确定仪表连接导线的最大长度。
HART智能温度变送器  
                                                 
HART智能温度变送器两线制4-20mA输出


决定电流源仪表导线长度的参数有:负载电阻RL及连接导线的电阻r;供电电压U0。及其波动范围△U;仪表的最大输出电流Imax;仪表能维持最大工作电流时的最低供电电压Umin。 

已知:RL=250Ω,U0=24VDC,其允许误差为24V,电源允许波动△U=24V×5%=1.2V,Imax=20mA=0.02A。最低供电电压Umin:各种型号仪表的此值是不相同的,因为这个参数还与电子元件的特性有关系,从产品样本来看,有的仪表最低的可达12V(但是指无负载时),大多仪表在15-17V之间的居多;现取16.28V。        
Umin=16.28≤24-1.2-0.02×(250+r);则连接导线的电阻     
仪表连接电线用的是铜线,其截面大多选择S=1.5mm2和0.8mm2的居多,在《电工手册》上有铜电线在20℃和75℃时的电阻系数,在选择铜导线时应考虑到使用现场的环境情况,因此最好选择75℃时的电阻系数来计算较妥。已知t=75℃时铜的电阻系数ρ=0.0217Ω×mm2/m。根据就可计算出铜导线的最大长度。用标称截面1.5mm2导线时 ; 用标称截面0.8mm2导线时 。为仪表的接线往返是两根线,所以导线长度计算结果应除以二,即从理论上说用标称截面1.5 mm2导线时4-20mA信号最远可传送2626m;用标称截面0.8 mm2导线时4-20mA信号最远可传送1400m。 

在实际应用中决定导线的真实长度要比计算值略低才行,因为电线的标称截面几乎都是偏高的。如果遇到现场距离超过上述的长度时,可采取以下措施:增大电线的线径,来减少导线电阻;适当调高仪表的供电电压。 

20世纪80年代,上海自动化仪表一厂针对其生产的DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表的变送器、调节器、电气转换器、操作器等单元,在最低供电电压(22.8V)时允许的导线电阻,曾列过一个表格供用户参考,表后还注明:“如果系统设计时导线电阻不超过上表,则信号电流在4-20mA范围内,都能保证传送的精度不变。”由于其还有现实意义,特把此表格提供如下:

DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表在最低供电电压时允许的导线电阻
  阻值Ω
单元名称 最大负载电阻 除去标准负载250Ω后的导线电阻 再除去齐纳安全栅内阻后的导线电阻 再除去电流指示仪内阻后的导线电阻 接双执行机构后的导线电阻
电容式压力、差压变送器

600

350

210

200

--

矢量机构差压、压力变送器

410

160

20

10

--

温度变送器

450

200

60

10

--

电气转换器

450

200

60

50

--

调节器

750

450

320

--

20 

执行器

750

450

320

--

20 

:执行机构负载电阻<300Ω 

看了以上的计算及表格,有的读者会说,有时现场实际接线长度并不太长,但在使用中仍无法正常使用,究其原因可能是: 
①电流传送信号导线过长时,没有采取必要的屏蔽措施,或者没有遵守屏蔽线一端接地规则而引入了干扰。 
②在一个系统中应选择电位最低的一点作为信号的公共点,在电动仪表中,24V电源的负线电位最低,它就是信号公共线。因此在电流传送的一对信号线中,其电位较低的一根,即信号负线应与24V负线相连。如果接线错误或漏接会造成信号负线浮空而引入了干扰。


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。

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