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工业控制系统中常用的仪表传输信号应怎样选用?

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  • 发布日期:2019-09-05

仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。广义来说,仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能,例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表,和电动调节仪表,以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。

在工业控制系统中,我们的仪表为什么使用4-20mA作为信号源而不常使用1-5V电压信号呢?为什么不是0-20mA呢?或者0-100mA呢?

我们先讲一讲为什么使用电流源信号而不使用电压源,其实原因很简单,我们都知道,所有的电线都有电阻,我们可以把电线看作是一个个小电阻串联起来的,根据我们初中学的物理知识,我们可以很简单地知道,在串联回路中,电流在电路中处处相等,不会受线路长度影响,打个不恰当的比方吧:银行里发行一张100块的钱,不论从哪个节点拿到它,都是100块,但是经手的人越多,它会变得越久越皱。

我们可以试想一下,如果我们使用电压作为测量信号载体,那么由于电线的长度不同,电阻不同,压降不同,最终得到的测量结果就会有偏差。因此,信号发送端是电流源,输出阻抗极高,长线传输的线路电阻不会影响电流信号的质量,接收端是低阻抗负载,抗干扰能力强。如果是电压信号传输,线路电阻分压会造成误差。

那么,为什么使用的是4-20mA呢?

首先我们说说为什么最大电流使用20mA:20mA的最大值,既满足测量的需要,也符合防爆、功耗、成本等方面的要求,它安全、实用、功耗低、成本少。在工业自动化的很多场合,是需要严格控制电火花的,而20mA的电流通断引起的电火花的能量不足以引燃瓦斯,相对来说比较安全,再大了就存在该方面的隐患了。如果你说那么我们可以更小一点啊,再小一点的话,对于信号的精确度将受影响,可以想像一下,如果20mA代表1000度温度的话,使用10mA的最大电流值代表1000度,则每少0.1mA测量的准确率相差约2倍,当然越大的电流信号,越适合现场仪表间的远程传输。

然后我们说说为什么最小的电流选择4mA而不是0mA:其实使用最小值 4mA可以取得两方面的好处:仪表中的变送器需要一个静态工作电流,否则将无法工作。而4mA正是变送器静态工作电流,也叫作传感器的供电(静态)电流。同时使用4mA而不是0mA还有一个好处在于,它可以随时知道线路是否正常,因为当线路断开时,接收端将得不到反馈电流,即0mA。如果使用0mA作为起点电流,将无法判断是线路断路还是现场信号为0.因此,使用4mA作为起点电流,一举两得。

当然,工业中也有使用电压变送器0-5V、0-10V、1-5V的输出,主要考虑的是在短距离信号测量系统里应用。

上海北弗的控制与可调式压力表以压力MPa为单位,停止、启动压力可根据实际需要自行调节,不受压差范围限制,不受光线影响,独特的外观设计具有良好的防水、散热功能,可用于小型无塔供水灌自动控制,自吸泵自动控制,真空泵自动控制,空压机、潜水泵、太阳能自动上水等自动控制。

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