热电阻距离 热电阻PT100

工业中一般需要测量各种非电物理量,如温度、压力、速度、角度等。它们都需要先转换成模拟电信号,再传输到数百米外的控制室或显示设备。这种把物理量转换成电信号的设备叫做发射机。工业上广泛使用4~20mA电流传输模拟信号。

4-20mA表示最小电流为4mA,最大电流为20mA。

在工业现场,要完成信号的调理和远距离传输,会出现以下问题:

第一,因为传输的信号是电压信号,所以传输线会受到噪声的干扰;

其次,输电线路的分布电阻会产生电压降;

再次,如何提供现场仪表放大器的工作电压也是一个问题。

为了解决上述问题,避免相关噪声的影响,我们将使用电流来传输信号,因为电流对噪声不敏感。4-20mA的电流回路是指零信号用4mA表示,信号满量程用20mA表示,4mA以下和20mA以上的信号用于各种故障报警。

肯定有很多朋友会问:为什么选择4-20mA而不是0-20mA?很简单,如果0是最小值,那么就检测不到开路故障!

那么,为什么是4mA呢?正常运行时,电流信号不会小于4mA。当输电线路因故障断开时,回路电流降至0。2mA常作为断线的报警值。原因有二。一个原因是为了避免干扰,另一个原因是4-20mA采用两线制,即两根线既是信号线又是电源线,4mA用于为传感器提供静态工作电流。

热电阻距离 热电阻PT100插图

这个4-20mA控制环路是如何工作的?

4-20mA构成基本元件:

24V电源供电变送器控制4-20mA信号使其与过程变量成比例变化指示器将4-20mA信号转化为相应过程变量指示器或控制器I/O输入电阻250Ω分流器生成1-5V输入信号(欧姆定律:电压=电流*电阻,4-20 mA X 250 ohms = 1-5V)

通常:

1)将热电偶或热电阻传感器的温度信号转换成4-20mA信号输出;

2)控制器将4-20mA转化为特定的温度值;

3)基于该温度值,控制回路控制过程终端控制元件。

类似地,控制回路中的压力变送器通常用于测量过程介质的压力值:

1)传感器感知压力,变送器将信号转换成4-20mA信号;

2)控制器将4-20mA信号转换成压力值;

3)控制器根据压力值向阀门发出指令,控制阀门的开度,实现对安全阀的控制,保证容器不产生危险压力。

常见故障、原因及排除步骤

接线和端子的问题:坏的终端,绝缘问题,线路的腐蚀及污染等;回路电源:噪音干扰、过压等问题都可能导致回路工作的不正常;控制系统I/O卡件故障;变送器;传感器:元件的损坏、测量通道的阻塞。

1.验证4-20mA信号

用串联法或用毫安电流钳表测量4-20 mA信号;

1)验证电源

2)查找线路问题

3)找到I/O问题

4)找到有故障的接线端子。

故障排除步骤:

1)测量回路中的mA值,如果达到0mA,继续深度排查;

2)如果控制器没有指示,可能是I/O输入的保险丝熔断,回路开路。

2.控制器I/O问题的故障排除:4-20mA电路故障排除(替代测试)

变送器替代测试是一种非常好的I/O故障分析方法,即测试设备输出一个标准信号来检查控制输出。

故障排除步骤:

1)断开变送器,并将回路校准器或过程表连接至原变送器;

2)设置毫安模拟,设置范围为4-20ma;

3)验证指示器的正确值,在同一测试中完成线路、电源和I/O的测试;

4)如果控制器没有指示,可能是I/O输入的保险丝熔断,回路开路。这可以通过测量250 ω的输入来验证。

3.电源问题调查

使用回路校准器或万用表测量回路电源电压。

故障排除步骤:

1)测量电源应为大约24V。

2)如果测量结果不确定,进行替代试验。

A.断开设备回路电源。

b .将回路校准器或过程仪表的24V回路电源端子连接到该位置。

C.如果此时问题得到解决,则设备的回路电源可能出现故障或过载。

4.线路噪声故障排除

线路噪声产生的原因有绝缘性能差、电缆屏蔽失效、接地回路失效、关键电源、接线错误等。

可以用带万用表功能的工艺万用表,或者万用表、手持示波器等设备捕捉确认噪声信号,找出系统中是否有交流信号。

正常情况下,系统中应该只有少量的mV交流电压。

双线4-20mA电流信号能走多远?

4-20mA电流回路可分为两线制和三线制。今天就不说那么多其他内容了。请和边肖一起计算一下。

1.干扰因素

(1)与励磁电压有关;

②与变送器允许的最小工作电压有关;

(3)与板卡设备用来收集电流的取压电阻的大小有关;

④与导线电阻有关。

通过这四个相关量,可以计算出4-20mA电流信号的理论传输距离。

2.为了在双线回路中无损耗地传输4-20mA信号,必须满足欧姆定律。

即:

(激励电压-变送器最小允许工作电压)≥输出电流×电流回路总电阻。

当输出电流I=20mA,即0.02A时,上式取等号。

然后:

电流回路总电阻=(励磁电压-变送器最小允许工作电压)÷0.03,并将此计算值记为r,

即r=(激励电压-变送器允许的最小工作电压)×50,单位为ω。

这个R在业内称为电流信号的负载电阻,是电流信号的最大承载能力。

3.为什么要特意给出这个r的公式?

4-20mA电流信号可以传输多远本质上是实际电阻与R之比的问题..

当回路实际总电阻大于R时,即使传输距离为0,变送器也无法输出20mA电流。

当回路实际总电阻=r时,变送器输出20 mA电流,传输距离只能是0m(超导除外);

当回路的实际总电阻小于R时,变送器输出20mA电流,可以有效地在回路中传输几米。

(1)由于板收集电流所用的耐压电阻是恒定的,所以导线电阻决定了传输距离的长短;

②导线电阻越小,信号传输距离越远;

(3)如果导线是超导的,电阻≈0,电流传到美国不成问题,传到火星也没问题。

综上所述,电流回路的总电阻R必须满足R≤r,否则4 ~ 20mA信号无法正常传输。

4.电流回路的总电阻r由板卡设备上采集电流信号的取压电阻R1和导体电阻R2组成。

取压电阻R1常见的有250ω、150ω、100ω、50ω,现在流行用100ω-40ω等小电阻取压。

导体电阻R2 =电导率×导体总长度÷导体截面积=单位长度电阻×导体总长度=单位长度电阻×传输距离×2

编一个小问题,做一个计算

4~20mA电流信号的理论传输距离l(单位公里),A采用2.5mm平方双绞线,每1000m电阻为7.5ω。用该线自行开发自制的压力变送器SC322传输信号,最小允许激励电压=10VDC,DCS板上采集电流的取压电阻R1为100ω,DCS板上电源电压为24VDC,电流信号为24VDC。

计算如下:

①计算变送器的负载电阻r,其中r =(24-10)×50 = 700ω。

(2)然后写出总回路电阻r的公式:

R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L单位ω。

(3)因为有R≤r,即(100+15L)≤700。

计算:L ≤ 40km,即最大传输距离40,000m。

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