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詳解可燃氣體濃度探測器4-20mA電流環

文章出處:艾伊科技 人氣:-發表時間:2018-08-14 11:21:00

 

各行各業的工業現場總離不開過程控制系統。這些控制系統一般由很多單元組成,如可燃氣體濃度探測器、輸入模塊、現場監控端、中央處理單元、電源等等,不同單元間需要進行數據通訊。在實際應用中,除了數字信號(如RS485、CAN等總線)外,還有一種“古董級”的模擬信號同樣廣泛應用于各類儀表。這就是4~20mA電流環(以下簡稱4~20mA)。

 

一、簡介

4~20mA是國際電工委員會(IEC)過程控制系統用模擬信號標準。4~20mA的零電平信號采用4mA大小的電流表示,滿量程采用20mA電流表示,因此得名“4mA~20mA電流環(current loop)”。 分線制的可燃氣體濃度探測器就采用4mA~20mA。

4mA以下的電流輸出用來進行故障診斷功能,20mA以上電流被認為是超量程輸出。不同電流輸出的具體含義如下表所示:


可燃氣體濃度探測器4-20mA代表含義


二、為什么采用4~20mA的電流來傳輸模擬量?


可燃氣體濃度探測器系統圖


4~20mA是一種模擬通信方式,與各種現代數字通信方式相比,它有其自身的優點。

1、它不需要復雜的編碼、解碼工作,通信方式簡單且通用。如采用4~20mA輸出信號的可燃氣體濃度探測器,理論上可以配接任意廠家的可燃氣體濃度控制器,無需專門編碼。

2、由于電流環與生俱來的抗干擾能力,在噪聲環境復雜的工業現場具有很高的可靠性。因為工業現場的噪聲電壓的幅度可能達到數V,但是噪聲的功率很弱,所以噪聲電流通常小于nA級別,因此給4~20mA傳輸帶來的誤差非常小;電流源內阻趨于無窮大,導線電阻串聯在回路中不影響精度,因此在普通雙絞線上可以傳輸數百米。

3、4~20mA電流環通信又有比較可靠的故障診斷功能。4~20mA輸出信號的氣體變送器每回路單獨通訊,任何一臺的故障不會影響其他氣體變送器,同時可以方便地根據電流信號來判斷氣體變送器的工作狀態。

 

三、為什么上限為20mA?為什么下限為4mA?


可燃氣體濃度探測器基于安全、實用、功耗、成本的考慮,特別是要滿足防爆的要求,20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃可燃氣。

下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線:正常工作時不會低于4mA,當傳輸線因故障斷路,環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。

 

四、4-20mA電流環類型?


可燃氣體濃度探測器接線方式


1、四線制:兩根電源線,加上兩根電流輸出線,總共要接4根線,稱之為四線制變送器。

2、三線制:電流輸出可以與電源公用一根線(公用VCC或者GND),稱之為三線制變送器。目前三線制是4-20mA輸出信號可燃氣體濃度探測器的主流類型。

3、二線制: 4~20mA電流環本身就可以為變送器供電,變送器在電路中相當于一個特殊的負載,這種變送器只需外接2根線,因而被稱為兩線制變送器。

兩線制更為簡單,但要注意的是,電流環標準下限為4mA,變送器通常只有24V,4mA供電,因此變送器的功耗要小,常見的可燃可燃氣體濃度探測器、聲光報警可燃氣體濃度探測器等產品均不能兩線制正常工作。兩線制僅常見于有毒氣遠程顯示變送器等少數場合。

 

五、4-20mA不適合場合?

雖然4~20mA電流環以其結構簡單、可靠性高的特點在可燃氣體濃度探測器、有毒氣體濃度探測器等產品得到廣泛應用,但在需要高速通信的場合,一般認為4~20mA不適合。電流源的高阻特性、傳輸電纜的寄生參數等因素限制了整個環路的頻率響應。

 


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此文關鍵字:可燃氣體濃度探測器;4-20mA電流環