Ngành công nghiệp nói chung cần đo tất cả các loại thông số điện và không điện, chẳng hạn như dòng điện, công suất, nhiệt độ, áp suất, tốc độ, góc, v.v. Ngành công nghiệp sử dụng rộng rãi tín hiệu dòng điện 4 ~ 20mA để truyền các đại lượng tương tự này, để nhận ra việc truyền dữ liệu hiện trường đến phòng điều khiển hoặc thiết bị hiển thị cách xa hàng trăm mét.
Tại sao bộ chuyển đổi tín hiệu công nghiệp lại chọn DC 4 ~ 20mA làm tín hiệu truyền?
1. Xem xét sự an toàn của ứng dụng sử dụng
Điểm mấu chốt của sự an toàn là chống cháy nổ, và năng lượng tia lửa gây ra bởi dòng điện giới hạn trên 20mA không đủ để đốt cháy khí. Đồng thời, mức tiêu thụ điện năng tĩnh và điện động để duy trì hoạt động bình thường của thiết bị được giảm xuống mức thấp nhất. Điện áp nguồn của máy phát xuất tín hiệu chuẩn DC 4 ~ 20mA thường là DC 24V. Nguyên nhân chính của việc sử dụng điện áp một chiều là không sử dụng được điện dung và điện cảm có công suất lớn, bạn chỉ cần quan tâm đến điện dung và độ tự cảm phân bố của dây nối giữa máy phát và thiết bị trong phòng điều khiển. Ví dụ, điện dung phân bố của một dây 2mm² là khoảng 0,05μF / km; độ tự cảm của dây đơn là khoảng 0,4mh / km; Nó thấp hơn nhiều so với giá trị của việc kích nổ hydro, rất có lợi cho việc chống cháy nổ.
2. Nguồn dòng điện tốt hơn nguồn điện áp trong việc truyền tín hiệu
Do khoảng cách giữa trường và phòng điều khiển xa nên khi điện trở của dây nối lớn, nếu lấy tín hiệu nguồn điện áp để truyền đi xa sẽ xảy ra sai số lớn do sự phân áp của điện trở dây và điện trở đầu vào của thiết bị nhận; nếu tín hiệu nguồn hiện tại được sử dụng để truyền đi xa, miễn là không có nhánh trong mạch truyền, dòng điện trong mạch sẽ không thay đổi theo chiều dài của dây, để đảm bảo độ chính xác của truyền.
Ngoài ra, biên độ nhiễu điện áp trong lĩnh vực công nghiệp có thể đến vài V, nhưng công suất nhiễu rất nhỏ nên dòng nhiễu thường ở mức nA, sai số rất nhỏ đối với đường truyền 4-20mA; Điện trở trong của nguồn dòng điện có xu hướng vô cùng và điện trở dây mắc nối tiếp trong mạch không ảnh hưởng đến độ chính xác nên có thể truyền tải hàng trăm mét trên dây xoắn đôi thông thường; Do điện trở bên trong lớn và đầu ra dòng điện không đổi của nguồn hiện tại, có thể thu được điện áp lấy mẫu 5V bằng cách chỉ đặt một điện trở 250 ohm ở đầu nhận. Đồng thời, nhiễu hiện tại mức nA rất yếu so với nhiễu điện áp của máy thu có trở kháng đầu vào thấp.
3. Lý do chọn 20mA làm dòng tín hiệu tối đa
Việc lựa chọn dòng điện tối đa 20mA dựa trên việc xem xét tính an toàn, tính thực tế, mức tiêu thụ điện năng và chi phí. Thiết bị đánh lửa an toàn chỉ có thể sử dụng điện áp thấp và dòng điện thấp, dòng điện 4 ~ 20mA và DC 24V cũng an toàn cho hydro dễ cháy. Dòng kích nổ đối với hydro DC 24V là 200mA, lớn hơn nhiều so với 20mA. Ngoài ra, việc lựa chọn 20mA cũng tính đến khoảng cách kết nối giữa các thiết bị hiện trường và tải, cũng như mức tiêu thụ điện và chi phí, các yêu cầu đối với linh kiện điện tử và nguồn điện.
4. Lý do chọn 4mA làm tín hiệu khởi động dòng
Bộ chuyển đổi tín hiệu công nghiệp có đầu ra 4-20mA hầu hết là hệ thống hai dây. Hệ thống hai dây có nghĩa là nguồn điện và tải được mắc nối tiếp, và có một điểm chung. Tuy nhiên, chỉ có hai dây được sử dụng để liên lạc tín hiệu và cung cấp điện giữa bộ chuyển đổi tại hiện trường và các công tơ trong phòng điều khiển. Tại sao tín hiệu khởi động không phải là 0ma? Điều này dựa trên hai điểm:
1. Một số mạch máy phát không thể hoạt động nếu không có dòng điện làm việc tĩnh.
2. Dòng điện khởi động của tín hiệu là DC 4mA, không trùng với điểm không cơ. "Điểm 0 trực tiếp" này rất hữu ích để xác định các lỗi như mất điện và ngắt kết nối.
