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        技術文章-電磁流量計

        電磁流量計分體能傳多遠

        發布時間:2021-09-07 09:41 人氣:

        工業上普遍需要測量各類非電物理量,例如溫度、壓力、速度、角度等,都需要轉換成模擬量電信號才能傳輸到幾百米外的控制室或顯示設備上。這種將物理量轉換成電信號的設備稱為變送器。工業上最廣泛采用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。
         
        一、怕有些人連為何是4-20都不懂,先普及一下
        采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內阻無窮大,導線電阻串聯在回路中不影響精度,在普通雙絞線上可以傳輸數百米。上限取20mA是因為防爆的要求:20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線:正常工作時不會低于4mA,當傳輸線因故障斷路,環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。還有有兩個原因。一個原因是為了避免干擾,另一個原因是在4-20mA使用的是兩線制,即兩根線即是信號線,同時也是電源線,而4mA是為了給傳感器提供電路的靜態工作電流用。
         
        二、4-20到底能傳多遠
        兩線制4~20mA電流信號能傳多遠呢?今天小編就來給大家科普一下!
         
        1.兩線制4~20mA變送器的電流信號究竟能傳多遠呢?
         
        干擾因素:
        ①與激勵電壓高低有關;
        ②與變送器允許的最小工作電壓有關;
        ③與板卡設備采集電流用的取壓電阻大小有關;
        ④與導線電阻的大小有關。
        通過這四項有關量,可以計算出4~20mA電流信號的理論傳輸距離。
         
        2.要使4~20mA信號,無損失在兩線回路里傳輸,必須滿足歐姆定律。
        即滿足:(激勵電壓-變送器允許的最小工作電壓)≥輸出電流×電流環路總電阻
        當輸出電流I=20mA,即0.02A時,上式取等號,則:
        電流環路總電阻=(激勵電壓-變送器允許的最小工作電壓)÷0.03、將這個計算值記作r,
        即r=(激勵電壓-變送器允許的最小工作電壓)×50,單位Ω
        這個r,業界稱之為電流信號的負載電阻,也就是電流信號的最大帶載能力。
         
        3.業界為什么要特意給出這個r的計算式呢?
        那是由于:4~20mA電流信號能傳多遠,實質是實際電阻,與r比大小的問題。
        當環路實際總電阻>r時,就算傳輸距離為0,變送器也是沒辦法輸出20mA電流的;
        當環路實際總電阻=r時,變送器輸出20mA電流,傳輸距離只能為0米(超導除外);
        當環路實際總電阻<r時,變送器輸出20mA電流,才能在環路中有效傳輸若干米。
        ①由于板卡采集電流用的取壓電阻為定值,故導線電阻大小,決定著傳輸距離的長短;
        ②導線電阻越小,信號傳輸的距離越遠;
        ③導線若是超導,電阻≈0,那電流傳到美國去也不是事,傳到火星去也沒問題。
        綜上所述,電流環路的總電阻R,必須滿足R≤r,否則4~20mA信號,無法正常傳輸。
         
        4.電流環路的總電阻R,由板卡設備上采集電流信號的取壓電阻R1,和導線電阻R2組成。
        取壓電阻R1,多見250Ω、150Ω、100Ω、50Ω,而今流行100Ω~40Ω等小電阻取壓。
        導線電阻R2=電導率×導線總長度÷導線橫截面積=單位長度電阻×導線總長度=單位長度電阻×傳輸距離×2
         
        5、編個小題算一算
        4~20mA電流信號的理論傳輸距離L(單位千米),A采用2.5平方毫米雙絞線,每1000米的電阻=7.5Ω,用此導線傳輸信號A自研自造的SC322無零漂壓力變送器,最小允許激勵電壓=10VDC,DCS板卡上采集電流用的取壓電阻R1=100Ω,DCS板卡上的供電電壓=24VDC,電流信號的最大傳輸距離距離為多少?
        計算如下:
        ①先計算變送器的負載電阻r,r=(24-10)×50=700Ω
        ②再寫出環路總電阻R的算式:
        R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 單位Ω
        ③由于有R≤r,即(100+15L)≤700
        計算得:L≤40千米,即最大傳輸距離為40000米

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