工業(yè)上普遍需要測(cè)量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號(hào)才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備稱為變送器。工業(yè)上*廣泛采用的是用4~20mA電流來(lái)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(hào)的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無(wú)窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測(cè)斷線：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。還有有兩個(gè)原因。一個(gè)原因是為了避免干擾，另一個(gè)原因是在4-20mA使用的是兩線制，即兩根線即是信號(hào)線，同時(shí)也是電源線，而4mA是為了給傳感器提供電路的靜態(tài)工作電流用。

二、4-20到底能傳多遠(yuǎn)

兩線制4～20mA電流信號(hào)能傳多遠(yuǎn)呢？**小編就來(lái)給大家科普一下！

1.兩線制4～20mA變送器的電流信號(hào)究竟能傳多遠(yuǎn)呢？

干擾因素：

①與激勵(lì)電壓高低有關(guān)；

②與變送器允許的*小工作電壓有關(guān)；

③與板卡設(shè)備采集電流用的取壓電阻大小有關(guān)；

④與導(dǎo)線電阻的大小有關(guān)。

通過(guò)這四項(xiàng)有關(guān)量，可以計(jì)算出4～20mA電流信號(hào)的理論傳輸距離。

2.要使4～20mA信號(hào)，無(wú)損失在兩線回路里傳輸，必須滿足歐姆定律。

即滿足：（激勵(lì)電壓－變送器允許的*小工作電壓）≥輸出電流×電流環(huán)路總電阻

當(dāng)輸出電流I=20mA，即0.02A時(shí)，上式取等號(hào)，則：

電流環(huán)路總電阻=（激勵(lì)電壓－變送器允許的*小工作電壓）÷0.03、將這個(gè)計(jì)算值記作r，

即r=（激勵(lì)電壓－變送器允許的*小工作電壓）×50，單位Ω

這個(gè)r，業(yè)界稱之為電流信號(hào)的負(fù)載電阻，也就是電流信號(hào)的*大帶載能力。

3.業(yè)界為什么要特意給出這個(gè)r的計(jì)算式呢？

那是由于：4～20mA電流信號(hào)能傳多遠(yuǎn)，實(shí)質(zhì)是實(shí)際電阻，與r比大小的問(wèn)題。

當(dāng)環(huán)路實(shí)際總電阻＞r時(shí)，就算傳輸距離為0，變送器也是沒(méi)辦法輸出20mA電流的；

當(dāng)環(huán)路實(shí)際總電阻=r時(shí)，變送器輸出20mA電流，傳輸距離只能為0米（超導(dǎo)除外）；

當(dāng)環(huán)路實(shí)際總電阻＜r時(shí)，變送器輸出20mA電流，才能在環(huán)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(dǎo)線電阻大小，決定著傳輸距離的長(zhǎng)短；

②導(dǎo)線電阻越小，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)；

③導(dǎo)線若是超導(dǎo)，電阻≈0，那電流傳到美國(guó)去也不是事，傳到火星去也沒(méi)問(wèn)題。

綜上所述，電流環(huán)路的總電阻R，必須滿足R≤r，否則4～20mA信號(hào)，無(wú)法正常傳輸。

4.電流環(huán)路的總電阻R，由板卡設(shè)備上采集電流信號(hào)的取壓電阻R1，和導(dǎo)線電阻R2組成。

取壓電阻R1，多見(jiàn)250Ω、150Ω、100Ω、50Ω，而今流行100Ω～40Ω等小電阻取壓。

導(dǎo)線電阻R2＝電導(dǎo)率×導(dǎo)線總長(zhǎng)度÷導(dǎo)線橫截面積=單位長(zhǎng)度電阻×導(dǎo)線總長(zhǎng)度＝單位長(zhǎng)度電阻×傳輸距離×2

5、編個(gè)小題算一算

4~20mA電流信號(hào)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(dǎo)線傳輸信號(hào)A自研自造的SC322無(wú)零漂壓力變送器，*小允許激勵(lì)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(hào)的*大傳輸距離距離為多少？

計(jì)算如下：

①先計(jì)算變送器的負(fù)載電阻r，r=(24-10)×50=700Ω

②再寫出環(huán)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(jì)算得：L≤40千米，即*大傳輸距離為40000米