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      全面概述關于4-20mA變送器基礎知識細節分析

      返回列表發布日期:2019-07-05 10:45:06    |    


      4-20mA變送器基礎知識
            變送器是輸入設備,其響應于輸入被測量而提供可用輸出。變送器通常也稱為傳感元件,主變送器或主檢測器。被測量是要測量的物理參數。輸入變送器產生代表輸入被測量的電輸出。其輸出經過調節,可供PLC或DCS等接收電子設備使用。
            接收電子設備可以是指示器,控制器,計算機,PLC,DCS等。工業過程控制儀器常用的術語“變送器”具有比變送器或變送器更窄的定義:
            變送器是通過傳感元件響應測量變量并將其轉換為標準化傳輸信號(如4-20mA)的變送器,該信號僅是測量變量的函數。
            上海自動化儀表四廠變送器可以具有多種電連接方案中的任何一種。最常見和最容易使用的是雙線,環路供電配置。這通常是不需要數字通信時工業過程控制系統的基本配置。如下圖所示,只有兩根導線用于容納變送器的電源和變送器的輸出信號。
            為了促進閉環控制系統,必須在控制器確定控制元件可能需要什么動作之前獲得來自過程的信息。提供信息的傳感設備的一些流行名稱是變送器,換能器和/或變送器。
            標準回路電流通常為4至20 mA。具有電流回路的重要校準參數是零,滿量程和跨度。在4至20mA范圍內,當被測量或過程變量為零時,回路電流通常為4 mA,當被測量或過程變量為滿量程時,回路電流為20 mA。零和滿量程之間的差值(16 mA)稱為量程。因此,跨度對應于被測量或過程變量的指示范圍。
            例如,在考慮流量變送器時,被測量或過程變量的范圍是0.0到100.0 m3 / hr,對應于4到20 mA的回路電流(輸出量程是16 mA); 輸出比例因子為0.16 mA /(m3 / hr)(100 m3 / hr 16 mA)。
      4-20mA變送器工作動畫
      假設:標準+ 24V DC,20mA
            在通用PLC / DCS模擬輸入卡通道提供超過20mA的電流為環路供電。
      案例1:流程變量@ 0%
            PLC / DCS模擬輸入卡可傳輸標準的+24 V DC,20 mA信號,為變送器供電。
            一對電纜用于為變送器供電,同一電纜用于接收4-20mA電流范圍內的數據。
            變送器接收+ 24V DC,環路中超過20mA信號。變送器的正常運行需要至少+ 5V DC,20mA信號。實際上,環路中會出現電壓降。
            上海自動化儀表四廠變送器具有內置電壓調節器功能,用于調節回路電流。變送器將配置LRV,URV和過程變量的其他細節。根據測量的過程變量,變送器可以改變/改變回路電流。
            4-20mA電流將使用精密的250歐姆電阻轉換為標準的1 - 5 V DC。模數轉換器將用于將電壓轉換為數字信號,用于指示DCS / PLC HMI中的過程變量值。
            示例:流量變送器,范圍為0到100 m3 / hr。變送器指示0 m3 / hr,因為管線中沒有流量。DCS / PLC通過+ 24V DC,20mA為變送器供電。當過程變量為0 m3 / hr時,變送器將回路電流調節至4mA,其等效電壓為1 V DC,由A / D轉換器測量,表示過程變量的0%。
            注意:循環電流在開始或結束時或循環中的任何點都是相同的。僅為了便于理解,動畫中顯示了20mA和4 mA信號。實際上,當我們測量回路中任何一點的電流時,發現變送器輸出電流即4mA,如上圖所示,所以假設DCS / PLC系統為+ 24V DC,20mA(通常系統供電更多)提供回路根據其配置和實時過程變量值,變送器將回路電流調節在4mA至20mA范圍內。如果要測量PLC / DCS回路功率,即20mA(如上圖所示)信號,則斷開變送器與回路的連接并將萬用表串聯連接以測量回路電流。并且一對電纜是雙絞線電纜。
      案例2:  流程變量@ 50%
            同樣的原則適用。變送器根據過程變量調整回路電流。
            唯一的區別是變送器傳感元件在過程變量從0%變化到50%時改變其輸出。變送器根據傳感元件調節回路電流。
            示例:過程變量表示50 m3 / hr。變送器根據配置的范圍和測量過程變量將輸出調節至12mA,其等效電壓為3 V DC,由A / D轉換器測量,表示過程變量的50%。
      案例3:過程變量@ 100%
            同樣的原則適用。變送器根據過程變量調整回路電流。
            唯一的區別是變送器傳感元件在過程變量從50%變化到100%時改變其輸出。變送器根據傳感元件調節回路電流。
            示例:過程變量表示100 m3 / hr。變送器根據配置的范圍和測量的過程變量將輸出調節至20mA,其等效電壓為5 V DC,由A / D轉換器測量,表示100%的過程變量。
      測量或過程變量
            雖然幾乎任何類型的變送器都可以配置為變送器,但最常見的工業過程控制類型包括測量或過程變量,如溫度,壓力,流量,液位等。用于測量其他參數的變送器將具有相同的連接和通信可能性方法,主要區別在于發射機和電子設備的傳感元件設計,稍有軟件修改即可。
      兩個線圈
            雙線回路的主要優點是可以最大限度地減少運行電源和信號所需的電線數量。使用電流回路發送信號還具有降低對電噪聲和負載效應的靈敏度的優點。
            電線噪聲降低,因為兩根導線作為雙絞線運行,確保兩根導線中的每一根從噪聲源接收相同的能量矢量,例如由于附近導體或電氣中電流變化引起的電磁場發動機。由于連接到變送器的接收電子設備被設計為忽略共模信號,因此忽略了所產生的共模電噪聲。由于雙絞線中的電流不受長電纜線路增加的電阻影響,因此降低了對負載效應的敏感性。只要電路中有足夠的電壓符合性來提供信號電流,長電纜或其他串聯電阻將導致更大的電壓降但不會影響電流水平。
            處理來自附加環路設備的給定電壓降的電路順應性取決于發送器輸出電路和電源電壓。工業變送器的典型電源為+24 VDC。例如,如果需要6伏電壓為變送器及其輸出電路供電,那么仍然保持18伏的順應性,以允許導線電阻,負載電阻,本安全(IS)屏障和遠程顯示器等的電壓降。
            當電流回路信號連接到主接收設備(PLC / DCS)或數據采集系統時,通常連接250歐姆的精密負載電阻。這將4至20 mA電流信號轉換為1至5 V信號,因為標準做法是將接收設備(PLC / DCS)的模數轉換器配置為電壓感應輸入。
      三線和四線圈
            與雙線電流回路配置相比,一些電流回路設備需要三線或四線連接。這些不是環路供電的,因此具有通過添加一個或兩個以上的電線來提供電力的單獨裝置。
            在四線配置中,電流環線可以是雙絞線,電源線是單獨的雙絞線。這保留了拒絕電氣和磁共模干擾的能力。由于返回電流路徑的共同連接,這在三線配置中不是那么有效。但是,通常情況下,當儀表工程師指定用于工業過程控制的電流環路變送器時,假設需要一個雙線,環路供電的4至20 mA設備。其他數據信號也可以施加在相同的線對上,或者,如果需要,可以使用各種數字通信技術代替電流回路。
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