Question

变送器为什么采用直流4~20ma输出?

Answer 1

1、首先是从现场应用的安全考虑
安全重点是防爆，上限20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。同时有恶意把维持仪表正常工作的静态和动态功耗降低到最低限度。输出4~20mADC标准信号的变送器，其电源电压通常采用24VDC，采用直流电压的主要原因是可以不使用容量较大的电容及电感，只需考虑变送器与控制室仪表连接导线的分布电容及电感，如2mm_的导线其分布电容约为0.05μF/km；对于单线的电感约为0.4mH/km；大大低于引爆氢气的数值，这对防爆非常有利。
2、传送信号用电流源优于电压源
因为现场与控制室之间的距离较远，连接电线的电阻较大时，如果用电压源信号进行远传，由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压，则会产生较大的误差；如果选用电流源信号进行远传，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。
另外，工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V，但噪声的功率很小，所以噪声电流通常为nA级别，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；由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端只需放置一个250欧姆的电阻就可以获得可达5V的采样电压，同时nA级的电流噪声对低输入阻抗的接收器产生的电压噪声非常微弱。
3、信号最大电流选择20mA的原因
最大电流选择20mA是基于安全、实用、功耗、成本的考虑。安全火花仪表只能采用低电压、低电流，4~20mA电流和24VDC对易燃氢气也是安全的。对于24VDC氢气的引爆电流为200mA，远大于20mA。此外，选择20mA还综合考虑生产现场仪表之间的连接距离及所带负载等因素，还有功耗及成本问题，对电子元件的要求，供电功率的要求等因素。
4、信号起点电流选择4mA的原因
输出为4~20mA的变送器以两线制的居多，两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线。为什么起点信号不是0mA？这是基于两点：
1.一些变送器电路没有静态工作电流无法工作。
2.信号起点电流4mADC，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。