模拟信号深入讨论4-20mA电流信号的传输距离

模拟信号深入讨论4-20mA电流信号的传输距离
主要特性:

精度等级：0.1级、0.2级、0.5级。产品出厂前已检验校正，用户可以直接使用
辅助电源：5V/12V/15V/24VDC（范围±10%）
国际标准信号输入:0-5V/0-10V/1-5V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等
输出标准信号：0-5V/0-10V/1-5V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等，具有高负载能力
全量程范围内极高的线性度（非线性度<0.2%）
标准DIN35 导轨式安装
具有较强的抗电磁干扰和高频信号干扰能力
应用：

模拟信号数据隔离、采集和变换
隔离4-20mA或0-20mA信号传输
工业现场信号隔离及变换
信号长线无失真传输
仪器仪表信号收发
电力监控、医疗设备隔离
变频器信号隔离采集
PLC/FA 电机信号隔离控制
非电量信号变送
 
看了标题有的人可能会说:发送4-20mA.DC电流信号的仪表都具有恒流特性，采用电流源传送，其精度与导线的电阻不是无关吗?既然这样还用讨论4-20mA.DC信号的传送距离吗?      
但以上的说法是针对特定条件而言的，应看到当仪表供电电源电压低至一定程度或导线电阻大到一定程度时，4-20mA.DC电流传送信号将产生误差。因此我们讨论的是4-20mA.DC信号在保证规定的精度下的传送距离，讨论传送距离实质就是确定电流源仪表连接导线的最大长度。      
决定电流源仪表导线长度的参数有:负载电阻RL及连接导线的电阻r；供电电压Vo及其波动范围△V;仪表的最大输出电流Imax;仪表能维持最大工作电流时的最低供电电压Vmin。     
已知:RL=250Ω，           
Vo=24V.DC 其允许误差为24V +10% -5%,          
电源允许波动△V=24V5%=1.2V,          
Imax=20mA=0.02A,      
最低供电电压Vmin各种型号仪表的此值是不相同的，因为这个参数还与电子元件的特性有关系，从产品样本来看，有的仪表最低的可达12V(但是指无负载时)，大多仪表在15–17V之间的居多；在此取16.28V。      
即  Vmin=16.28≤24-1.2-0.02(250+r)      
则连接导线的电阻  r=24-1.2-16.28/0.02-250=76Ω      
仪表连接电线用的是铜线，其截面大多选择S=1.5和0.8mm2的居多，在《电工手册》上有铜电线在20℃和75℃时的电阻系数，在选择铜导线时应考虑到使用现场的环境情况，因此最好选择75℃时的电阻系数来计算较妥。已知t=75℃时铜的电阻系数ρ=0.0217Ω.mm2/m。      
根据L=Sr/ρ 就可计算出铜导线的最大长度。     
用标称截面1.5mm2导线时L=1.576/0.0217=5253m     用标称截面0.8mm2导线时L=0.8*76/0.0217=2801m     因为仪表的接线往返是两根线，所以计算结果应除2即:     用标称截面1.5mm2导线时L1=5253.5／2=2626m     用标称截面0.8mm2导线时L2=2801.8／2=1400m      在实际应用中决定导线的真实长度要比计算值略低才行，因为电线的标称截面几乎都是偏高的。如果遇到现场距离超过上述的长度时，可采取以下措施:增大电线的线径，来减少导线电阻；适当调高仪表的供电电压。           八十年代，上海自动化仪表一厂针对其生产的DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表的变送器、调节器、电气转换器、操作器等单元，在最低供电电压(22.8V)时允许的导线电阻，曾列过一个表格供用户参考，由于其还有现实意义，特把此表格提供如下。  knick中国分公司专业隔离模块 广告 隔离模块全球知名品牌Knick科伲可专业生产!德国品牌 超凡品质! 查看详情 > 隔离模块,技术领先,性能稳定,高品质,苏州昌辰仪表 广告 苏州昌辰仪表隔离模块,高品质,性能稳定.仪表专家团队为你一对一服务. 查看详情 >     看了以上的计算及表格，有的网友会说，我的现场实际接线长度 并不太长，但在使用中仍无法正常使用，哪又是什么原因呢?究其原因，可能是:      1．电流传送信号导线过长时，没有采取必要的屏蔽措施，或者没有遵守一点接地规则而引入了干扰。      2．在一个系统中应选择电位最低的一点作为信号的公共点，在电单仪表中，24V电源的负线电位最低，它就是信号公共线。因此在电流传送的一对信号线中，其电位较低的一根，即信号负线应在发送仪表的输出处与24V负线相连。如果接线错误或漏接而造成信号负线浮空而引入了干扰。
单输入单输出模拟信号隔离变送器
一路输入两路输出模拟信号隔离分配器
两路输入两路输出模拟信号隔离变送器
一路输入四路输出模拟信号隔离分配器

举例参考
（DIN11 IBF系列采用光耦隔离技术）
主要特性:

精度等级：0.1级、0.2级、0.5级。产品出厂前已检验校正，用户可以直接使用
辅助电源：5V/12V/15V/24VDC（范围±10%）
国际标准信号输入:0-5V/0-10V/1-5V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等
输出标准信号：0-5V/0-10V/1-5V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等，具有高负载能力
全量程范围内极高的线性度（非线性度<0.2%）
标准DIN35 导轨式安装
具有较强的抗电磁干扰和高频信号干扰能力
应用：

模拟信号数据隔离、采集和变换
隔离4-20mA或0-20mA信号传输
工业现场信号隔离及变换
信号长线无失真传输
仪器仪表信号收发
电力监控、医疗设备隔离
变频器信号隔离采集
PLC/FA 电机信号隔离控制
非电量信号变送
产品选型表：
DIN11 IBF - U(A)□ - P□ - O□
输入信号 供电电源 输出信号
电压 代码 电流 代码 Power 代码 电流 代码 电压 代码
0-5V U1 0-1mA A1 24VDC P1 0-20ma O2 0~5V O4
0-10V U2 0-10mA A2 12VDC P2 4-20ma O1 0-10V O5
0-75mV U3 0-20ma A3 5VDC P3 用户自定义 Oz 1-5V O6
0-2.5 U4 4-20mA A4 15VDC P4
用户自定义 Uz 用户自定义 Az

选型举例：
例1：输入信号:0-10V 供电电源:24V 输出信号:4-20ma 型号:DIN11-IBF-U2-P1-O1
例2：输入信号:0-10V 供电电源:12V 输出信号:0-10V 型号:DIN11-IBF-U 2-P2-O2
例3：输入信号:0-3V 供电电源:24V 输出信号:4-20ma 型号:DIN11-IBF-Uz-P1-O1（Uz:0-3V）
产品最大绝对额定值：
Continuous Isolation Voltage（持续隔离电压）:3000VDC
Junction Temperature（工作温度）:+85℃
Storage Temperature （存贮温度）:+150℃
Lead Temperature （焊接温度）:+300℃（10秒）
电源电压范围：±10%Vin
注意：如果超出上述范围，产品可能会引起永久性损坏。
通用参数
参数名称 测试条件 最小 典型值 最大 单位
隔离耐压 50Hz，1分钟,漏电流1mA 2500 VDC
耐冲击电压 3KV， 1.2/50us(峰值)
工作温度 -25 +70 ℃
工作湿度 无凝露 10 90 %
存储温度 -45 +80 ℃
存储湿度 10 95 ℃

输入参数 输出参数
输入项目 输入阻抗 电源损耗 输入过载能力 输出项目 输出过载能力 响应时间
0-5V ≥300KΩ 电压输出
< 0.6W
电流输出
<1.5W 2.0倍额定：连续 4-20mA 负载电阻
不超过350Ω ≤1mS
0-10V 0-20mA
0-1mA 1KΩ 1.5倍额定：连续
3.0倍额定：1S
0-10mA TYP：250Ω
可自设定 0-5V ≥2KΩ
0-20mA 0-10V
4-20mA 1-5V
注: 电流输出型如果要求负载电阻500Ω,请另做注明

引脚定义：
引脚 名 称 描 述 引脚 名 称 描 述
1 PW+ 电源正端 7 IN+ 模拟信号输入正端
2 NC 空脚 8 IN- 模拟信号输入负端
3 GND 电源负端 9 NC 空脚
4 OUT+ 模拟信号输出正端 10 NC 空脚
5 OUT- 模拟信号输出负端 11 NC 空脚
6 NC 空脚 12 NC 空脚

外形尺寸：(单位：mm)

可以安装在标准DIN35导轨上

注意事项:
1、使用前根据装箱单，以及产品标签，仔细核对和确认产品数量、型号和规格。
2、使用时必须按所选产品型号对应的接线参考图，正确连接信号输入、输出和电源线，检查无误后再接通电源和信号。

版本2001.07.23