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为什么在工控场合更喜欢用4-20mA来传输模拟量?

2020-10-14 16:26
建大仁科
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工控技术的出现和推广带来了第三次工业革命,完善了制造业、建造业等行业的安全与精准,将原本需要半自动化或手动化监测的温度、压力、气体等环境因素演化为自动化进行,既增加效率又节约成本。相关的工控设备有温湿度变送器、压力变送器、气体变送器等。

温湿度变送器等设备在工控中的模拟量传输


进入正文之前插一条科普:一直以来,人们都不怎么区分变送器与传感器,由于功能类似,所以时常将两者混淆使用,然而变送器与传感器之间还是存在较大的差异的。

变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号(或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源)的转换器。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。变送器的种类很多,用在工控仪表上面的变送器主要有温度变送器、压力变送器、流量变送器、电流变送器、电压变送器等等。

简单来说,传感器就是将被测变量(温度、压力、气体等)感知出来并转变为非标准电信号的一种器件;而变送器就是依托于传感器将这种非标准电信号转变为标准模拟量并上传至工控系统。其中模拟量的分类是什么,怎样上传的就是本文要讨论的问题。

首先要知道,变送器信号和模拟量4-20mA这应该是两个概念,变送器信号一般情况下都是模拟量信号,而模拟量信号可以是4-20mA电流,也可以是0-5V/0-10V的电压。不过工作人员在工控场合更喜欢用4-20mA来传输模拟量,而很少用到0-5V和0-10V。

为什么在工控场合更喜欢用4-20mA来传输模拟量,而很少用到0-5V或0-10V呢?  

首先,工厂或者施工现场一般电磁干扰是非常严重的,电压信号比电流信号更容易受到干扰。并且电流信号的传输距离要比电压信号传输的远还不会产生信号的衰减。

其次,一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA。4-20mA指最小电流为4mA,最大电流为20mA。那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢?4mA而不是0mA是用来检测线路开路的,如果0是最小,那么开路故障就检测不到了,还有一点原因是最低采用4mA是因为可以检测断线点。而采用最高20mA是为了满足防爆要求,因为20mA的电流信号通断引起的火花势能不足以引燃可燃气体的爆炸点,如果超过了20mA则会有爆炸的危险。

最后,传输信号时候,要考虑到导线上也有电阻,如果用电压传输则会在导线的产生一定的压降,那接收端的信号就会产生一定的误差了。因此,工控系统中通常是在长距离小于100米的采用电流信号传输,而在短距离传输,比如控制室的仪表之间的话,可以考虑选用用0-5V电压信号传输。

如今的工控系统中变送器成为必不可少的存在,而选择一款合适的变送器不仅要考虑变送器的功能,也要考虑模拟量的传输方式。模拟量传输分为电流(4-20mA)和电压(0-5V/0-10V),两者最大的区别是两者的抗干扰强度,还有就是两者的传输距离。在抗干扰的能力强,电流信号要比电压信号强,而在传输距离上,电流的衰减,也要比电压信号小的多。所以,现在绝大多数的仪表在选择信号时,都会选择电流传输。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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