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详解可燃气体浓度探测器4-20mA电流环

文章出处:艾伊科技 人气:-发表时间:2018-08-14 11:21:00

 

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,如可燃气体浓度探测器、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)”。 分线制的可燃气体浓度探测器就采用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。不同电流输出的具体含义如下表所示:


可燃气体浓度探测器4-20mA代表含义


二、为什么采用4~20mA的电流来传输模拟量?


可燃气体浓度探测器系统图


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输出信号的可燃气体浓度探测器,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?


可燃气体浓度探测器基于安全、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?


可燃气体浓度探测器接线方式


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输出信号可燃气体浓度探测器的主流类型。

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,常见的可燃可燃气体浓度探测器、声光报警可燃气体浓度探测器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、可靠性高的特点在可燃气体浓度探测器、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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此文关键字:可燃气体浓度探测器;4-20mA电流环