近年來,隨著技術(shù)的日漸成熟及社會(huì)的發(fā)展,工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活對(duì)智能化水平的需求也不斷提高,為了提升這些行業(yè)使用過程中的智能化水平,“濕度”指標(biāo)和被“溫度”指標(biāo)一樣,引入了各行各業(yè)的監(jiān)測應(yīng)用中,溫濕度變送器也越來越被廣泛用于各個(gè)行業(yè)。溫濕度變送器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。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)上最廣泛采用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。

為什么采用4-20mA的電流？

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爆瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：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是為了給變送器提供電路的靜態(tài)工作電流用。

溫濕度變送器4～20mA的電流信號(hào)究竟能傳多遠(yuǎn)？干擾因素：①與激勵(lì)電壓高低有關(guān)；②與變送器允許的最小工作電壓有關(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。

圖1：二線制變送器電流信號(hào)傳輸回路

其中，Uo是變送器的供電電壓，必須在滿載時(shí)（電流I=20mA）保證Uo≥Umin。即：。根據(jù)這個(gè)公式，可以計(jì)算出在變送器處于最低工作電壓時(shí)，最大的導(dǎo)線電阻。假設(shè)：已知：Ue=24V，I=20mA，RL=250Ω，Umin=12V。求出r的最大值為175Ω：再根據(jù)導(dǎo)線電阻的計(jì)算公式：， 其中：

ρ——電阻率(銅電阻率=0.017，鋁電阻率=0.029)

L——線的長度(單位：米)

S——線的截面(單位：平方毫米)

注：電阻值與長度成正比，與截面積成反比。導(dǎo)線越長，電阻越大， 導(dǎo)線越粗，電阻越小。以銅線為例，ρ= 0.017 Ω·mm2/m，即：橫截面積1mm2，長度1m的銅線電阻為0.017Ω。那么175Ω對(duì)應(yīng)1mm2的導(dǎo)線長度為175/0.017=10294（米）。因此，理論上4-20mA信號(hào)傳輸可達(dá)上萬米（根據(jù)不同激勵(lì)電壓和變送器的最低工作電壓等因素而定）。

那么直流電壓信號(hào)為何不宜用于長距離傳輸？在《GB/T 3369.2-2008 過程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào) 第2部分：直流電壓信號(hào)》標(biāo)準(zhǔn)中描述：“與GB/T 3369.1-2008所規(guī)定的模擬直流電流信號(hào)相反，本部分所規(guī)定的模擬直流電壓信號(hào)不宜用作長距離的傳輸”。主要原因是電壓信號(hào)經(jīng)過長距離傳輸會(huì)有所衰減，而且容易受到干擾。

圖2：電壓信號(hào)傳輸時(shí)會(huì)有衰減

圖3：電流信號(hào)傳輸時(shí)無衰減

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