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详解气体分析仪4-20mA电流环
作者:admin  时间:18-09-20 16:22  浏览量:
各行各业的工业现场总离不开过程控制系统。这些控制系统一般由很多单元组成,如气体分析仪、输入模块、现场监控端、中央处理单元、电源等等,不同单元间需要进行数据通讯。在实际应用中,除了数字信号(如RS485、CAN等总线)外,还有一种“古董级”的模拟信号同样广泛应用于各类仪表。这就是4~20mA电流环(以下简称4~20mA)。
 
一、简介
4~20mA是国际电工委员会(IEC)过程控制系统用模拟信号标准。4~20mA的零电平信号采用4mA大小的电流表示,满量程采用20mA电流表示,因此得名“4mA~20mA电流环(current loop)”。 分线制的气体分析仪就采用4mA~20mA。
4mA以下的电流输出用来进行故障诊断功能,20mA以上电流被认为是超量程输出。
 
二、为什么采用4~20mA的电流来传输模拟量?
 
 
4~20mA是一种模拟通信方式,与各种现代数字通信方式相比,它有其自身的优点。
1、它不需要复杂的编码、解码工作,通信方式简单且通用。如采用4~20mA输出信号的气体分析仪,理论上可以配接任意厂家的可燃气体浓度控制器,无需专门编码。
2、由于电流环与生俱来的抗干扰能力,在噪声环境复杂的工业现场具有很高的可靠性。因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V,但是噪声的功率很弱,所以噪声电流通常小于nA级别,因此给4~20mA传输带来的误差非常小;电流源内阻趋于无穷大,导线电阻串联在回路中不影响精度,因此在普通双绞线上可以传输数百米。
3、4~20mA电流环通信又有比较可靠的故障诊断功能。4~20mA输出信号的气体变送器每回路单独通讯,任何一台的故障不会影响其他气体变送器,同时可以方便地根据电流信号来判断气体变送器的工作状态。
 
三、为什么上限为20mA?为什么下限为4mA?
 
气体分析仪基于安全、实用、功耗、成本的考虑,特别是要满足防爆的要求,20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃可燃气。
下限没有取0mA的原因是为了能检测断线:正常工作时不会低于4mA,当传输线因故障断路,环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。
 
四、4-20mA电流环类型?
 
气体分析仪接线方式
 
1、四线制:两根电源线,加上两根电流输出线,总共要接4根线,称之为四线制变送器。
2、三线制:电流输出可以与电源公用一根线(公用VCC或者GND),称之为三线制变送器。目前三线制是4-20mA输出信号气体分析仪的主流类型。
3、二线制: 4~20mA电流环本身就可以为变送器供电,变送器在电路中相当于一个特殊的负载,这种变送器只需外接2根线,因而被称为两线制变送器。
两线制更为简单,但要注意的是,电流环标准下限为4mA,变送器通常只有24V,4mA供电,因此变送器的功耗要小,常见的可燃气体分析仪、声光报警气体分析仪等产品均不能两线制正常工作。两线制仅常见于有毒气远程显示变送器等少数场合。
 
五、4-20mA不适合场合?
虽然4~20mA电流环以其结构简单、可靠性高的特点在气体分析仪、有毒气体浓度探测器等产品得到广泛应用,但在需要高速通信的场合,一般认为4~20mA不适合。电流源的高阻特性、传输电缆的寄生参数等因素限制了整个环路的频率响应。
 
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