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全面概述关于4-20mA变送器基础知识细节分析

返回列表发布日期:2019-07-05 10:45:06    |    


4-20mA变送器基础知识
      变送器是输入设备,其响应于输入被测量而提供可用输出。变送器通常也称为传感元件,主变送器或主检测器。被测量是要测量的物理参数。输入变送器产生代表输入被测量的电输出。其输出经过调节,可供PLC或DCS等接收电子设备使用。
      接收电子设备可以是指示器,控制器,计算机,PLC,DCS等。工业过程控制仪器常用的术语“变送器”具有比变送器或变送器更窄的定义:
      变送器是通过传感元件响应测量变量并将其转换为标准化传输信号(如4-20mA)的变送器,该信号仅是测量变量的函数。
      上海自动化仪表四厂变送器可以具有多种电连接方案中的任何一种。最常见和最容易使用的是双线,环路供电配置。这通常是不需要数字通信时工业过程控制系统的基本配置。如下图所示,只有两根导线用于容纳变送器的电源和变送器的输出信号。
      为了促进闭环控制系统,必须在控制器确定控制元件可能需要什么动作之前获得来自过程的信息。提供信息的传感设备的一些流行名称是变送器,换能器和/或变送器。
      标准回路电流通常为4至20 mA。具有电流回路的重要校准参数是零,满量程和跨度。在4至20mA范围内,当被测量或过程变量为零时,回路电流通常为4 mA,当被测量或过程变量为满量程时,回路电流为20 mA。零和满量程之间的差值(16 mA)称为量程。因此,跨度对应于被测量或过程变量的指示范围。
      例如,在考虑流量变送器时,被测量或过程变量的范围是0.0到100.0 m3 / hr,对应于4到20 mA的回路电流(输出量程是16 mA); 输出比例因子为0.16 mA /(m3 / hr)(100 m3 / hr 16 mA)。
4-20mA变送器工作动画
假设:标准+ 24V DC,20mA
      在通用PLC / DCS模拟输入卡通道提供超过20mA的电流为环路供电。
案例1:流程变量@ 0%
      PLC / DCS模拟输入卡可传输标准的+24 V DC,20 mA信号,为变送器供电。
      一对电缆用于为变送器供电,同一电缆用于接收4-20mA电流范围内的数据。
      变送器接收+ 24V DC,环路中超过20mA信号。变送器的正常运行需要至少+ 5V DC,20mA信号。实际上,环路中会出现电压降。
      上海自动化仪表四厂变送器具有内置电压调节器功能,用于调节回路电流。变送器将配置LRV,URV和过程变量的其他细节。根据测量的过程变量,变送器可以改变/改变回路电流。
      4-20mA电流将使用精密的250欧姆电阻转换为标准的1 - 5 V DC。模数转换器将用于将电压转换为数字信号,用于指示DCS / PLC HMI中的过程变量值。
      示例:流量变送器,范围为0到100 m3 / hr。变送器指示0 m3 / hr,因为管线中没有流量。DCS / PLC通过+ 24V DC,20mA为变送器供电。当过程变量为0 m3 / hr时,变送器将回路电流调节至4mA,其等效电压为1 V DC,由A / D转换器测量,表示过程变量的0%。
      注意:循环电流在开始或结束时或循环中的任何点都是相同的。仅为了便于理解,动画中显示了20mA和4 mA信号。实际上,当我们测量回路中任何一点的电流时,发现变送器输出电流即4mA,如上图所示,所以假设DCS / PLC系统为+ 24V DC,20mA(通常系统供电更多)提供回路根据其配置和实时过程变量值,变送器将回路电流调节在4mA至20mA范围内。如果要测量PLC / DCS回路功率,即20mA(如上图所示)信号,则断开变送器与回路的连接并将万用表串联连接以测量回路电流。并且一对电缆是双绞线电缆。
案例2:  流程变量@ 50%
      同样的原则适用。变送器根据过程变量调整回路电流。
      唯一的区别是变送器传感元件在过程变量从0%变化到50%时改变其输出。变送器根据传感元件调节回路电流。
      示例:过程变量表示50 m3 / hr。变送器根据配置的范围和测量过程变量将输出调节至12mA,其等效电压为3 V DC,由A / D转换器测量,表示过程变量的50%。
案例3:过程变量@ 100%
      同样的原则适用。变送器根据过程变量调整回路电流。
      唯一的区别是变送器传感元件在过程变量从50%变化到100%时改变其输出。变送器根据传感元件调节回路电流。
      示例:过程变量表示100 m3 / hr。变送器根据配置的范围和测量的过程变量将输出调节至20mA,其等效电压为5 V DC,由A / D转换器测量,表示100%的过程变量。
测量或过程变量
      虽然几乎任何类型的变送器都可以配置为变送器,但最常见的工业过程控制类型包括测量或过程变量,如温度,压力,流量,液位等。用于测量其他参数的变送器将具有相同的连接和通信可能性方法,主要区别在于发射机和电子设备的传感元件设计,稍有软件修改即可。
两个线圈
      双线回路的主要优点是可以最大限度地减少运行电源和信号所需的电线数量。使用电流回路发送信号还具有降低对电噪声和负载效应的灵敏度的优点。
      电线噪声降低,因为两根导线作为双绞线运行,确保两根导线中的每一根从噪声源接收相同的能量矢量,例如由于附近导体或电气中电流变化引起的电磁场发动机。由于连接到变送器的接收电子设备被设计为忽略共模信号,因此忽略了所产生的共模电噪声。由于双绞线中的电流不受长电缆线路增加的电阻影响,因此降低了对负载效应的敏感性。只要电路中有足够的电压符合性来提供信号电流,长电缆或其他串联电阻将导致更大的电压降但不会影响电流水平。
      处理来自附加环路设备的给定电压降的电路顺应性取决于发送器输出电路和电源电压。工业变送器的典型电源为+24 VDC。例如,如果需要6伏电压为变送器及其输出电路供电,那么仍然保持18伏的顺应性,以允许导线电阻,负载电阻,本安全(IS)屏障和远程显示器等的电压降。
      当电流回路信号连接到主接收设备(PLC / DCS)或数据采集系统时,通常连接250欧姆的精密负载电阻。这将4至20 mA电流信号转换为1至5 V信号,因为标准做法是将接收设备(PLC / DCS)的模数转换器配置为电压感应输入。
三线和四线圈
      与双线电流回路配置相比,一些电流回路设备需要三线或四线连接。这些不是环路供电的,因此具有通过添加一个或两个以上的电线来提供电力的单独装置。
      在四线配置中,电流环线可以是双绞线,电源线是单独的双绞线。这保留了拒绝电气和磁共模干扰的能力。由于返回电流路径的共同连接,这在三线配置中不是那么有效。但是,通常情况下,当仪表工程师指定用于工业过程控制的电流环路变送器时,假设需要一个双线,环路供电的4至20 mA设备。其他数据信号也可以施加在相同的线对上,或者,如果需要,可以使用各种数字通信技术代替电流回路。
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