Wie weit kann ein 4-20-mA-Signal übertragen werden?

Wie weit kann ein 4-20-mA-Signal übertragen werden?

Diese Frage ist nicht so einfach zu beantworten. Wenn wir alle anderen Einflussfaktoren außer Acht lassen, können wir sie abschätzen

Unter normalen Bedingungen kann die Strecke etwa 200–500 m weit sein. Lassen Sie uns einige grundlegende Informationen über 4-20 mA erfahren.

1. Was ist ein 4-20-mA-Signal?

Das 4-20-mA-Signal ist ein Standardprotokoll, das in vielen Branchen verwendet wird. Dabei handelt es sich um eine Methode zur Übertragung analoger Signaldaten in einer Zweidraht-Stromschleife, die eine zuverlässige Möglichkeit zur Kommunikation zwischen Geräten bietet. Die Werte von 4–20 mA repräsentieren typischerweise 0 bis 100 % eines Messbereichs.

2. Vorteile von 4-20-mA-Signalen

Warum bevorzugen Branchen die Verwendung von 4-20-mA-Signalen? Zum einen sind sie im Vergleich zu Spannungssignalen weniger anfällig für Störungen. Dies ermöglicht die Übertragung über größere Entfernungen, ohne die Signalintegrität zu beeinträchtigen. Darüber hinaus ermöglicht der „Live Zero“ bei 4 mA eine Fehlererkennung.

3. Wie wird ein 4-20-mA-Signal übertragen?

Ein 4-20-mA-Signal wird über eine Zweidraht-Stromschleife übertragen, wobei ein Draht die Versorgungsspannung und der andere ein Rückweg zur Quelle darstellt. Der variierende Strom innerhalb der Schleife stellt die Signaldaten dar.

4. Aber es gibt einige Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen:

Störendes Element:

①Erregerspannung;

②Mindestbetriebsspannung, die der Sender zulässt;

③Größe des Spannungsaufnahmewiderstands, den das Board-Gerät zum Sammeln von Strom verwendet;

④Größe des Drahtwiderstands.

Es kann leicht die theoretische Übertragungsentfernung eines 4-20-mA-Stromsignals berechnen.

Durch diese vier verwandten Größen. Dabei ist Uo die Versorgungsspannung des Senders,

und es muss sichergestellt sein, dass Uo ≥ Umin bei Volllast (Strom I=20mA) ist. Nämlich: Use-I.(RL+2r)≥ Umin.

Normalerweise müssen verschiedene nichtelektrische physikalische Größen wie Temperatur, Druck,

Geschwindigkeit, Winkel usw. in der Industrie. Sie müssen alle in ein Analogon umgewandelt werdenelektrisch

Signal, das an ein einige hundert Meter entferntes Steuer- oder Anzeigegerät übertragen wird. Dieses Gerät konvertiert

physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandeln, das als Sender bezeichnet wird. Übertragen der analogen Größe durch

4-20 mA-Strom ist die gebräuchlichste Methode in der Industrie. Ein Grund für die Übernahme des aktuellen Signals

ist, dass es nicht leicht ist, in den unendlichen Innenwiderstand der Stromquelle einzugreifen.

Der Widerstand des in Reihe geschalteten Drahtes in der Schleife hat keinen Einfluss auf die Genauigkeit und kann Hunderte übertragen

Meter auf dem gewöhnlichen Twisted-Pair-Kabel.

4-20mADer minimale Strom wird mit 4 mA bezeichnet, der maximale Strom beträgt 20 mA. Basierend auf der Explosionsschutzanforderung,

die Begrenzung liegt bei 20mA. Zu viel Funkenenergie kann brennbares und explosives Gas entzünden, daher ist ein Strom von 20 mA am besten geeignet.

Erkennen Sie gebrochene Drähte und der Mindestwert beträgt 4 mA statt 0 mA. Wenn das Übertragungskabel aufgrund einer Störung defekt ist,

Der Schleifenstrom fällt auf 0. Normalerweise nehmen wir 2 mA als Wert für den Trennungsalarm. Ein weiterer Grund ist, dass der 4-20-mA-Anschluss a verwendet

Zweileitersystem. Das heißt, die beiden Drähte fungieren gleichzeitig als Signal- und Stromkabel, und 4 mA werden verwendet, um den statischen Arbeitsstrom des Stromkreises für den Sensor bereitzustellen.

Wie weit kann ein 4-20-mA-Signal übertragen werden?

Störendes Element:
①Bezogen auf die Erregerspannung；

②Bezogen auf die vom Sender zulässige Mindestbetriebsspannung;

③Bezogen auf die Größe des Spannungsaufnahmewiderstands, den das Platinengerät zum Sammeln von Strom verwendet；

④Bezogen auf die Größe des Drahtwiderstands.

Es kann leicht die theoretische Übertragungsentfernung eines 4-20-mA-Stromsignals berechnen.

Durch diese vier verwandten Größen. Dabei ist Uo die Versorgungsspannung des Senders,

und es muss sichergestellt sein, dass Uo≥Umin bei Volllast (Strom I=20mA) ist. Nämlich: Use-I.(RL+2r)≥Umin.

Nach dieser Formel kann der große Leitungswiderstand berechnet werden, wenn der Sender eine niedrige Betriebsspannung hat.

Hypothese: bekannt: Ue = 24 V, I = 20 mA, RL = 250 Ω, Umin = 12 V. Finden Sie den Maximalwert von r als 175 Ω:

Und dann, gemäß der Berechnungsformel des Drahtwiderstands:

Darunter:
ρ – spezifischer Widerstand (Bronze-Widerstand = 0,017, Aluminium-Widerstand = 0,029)
L – Die Länge des Kabels (Einheit: M)
S – Linie des Querschnitts (Einheit: Quadratmillimeter)
Hinweis: Der Widerstandswert ist proportional zur Länge und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche.

Je länger der Draht ist, desto größer ist der Widerstand. Je dicker der Draht, desto geringer ist der Widerstand.

Nehmen wir als Beispiel Kupferdraht, ρ= 0,017 Ω·mm2/m, also der Widerstand eines Kupferdrahtes

bei einer Querschnittsfläche von 1 mm2 und einer Länge von 1 m beträgt 0,017 Ω. Dann ist die Drahtlänge von

175 Ω entsprechend 1 mm2 ist 175/0,017=10294 (m). Theoretisch 4-20mA Signalübertragung

kann Zehntausende von Metern erreichen (abhängig von Faktoren wie unterschiedlicher Erregung).

Spannungen und der niedrigsten Betriebsspannung des Senders).

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Warum werden 4 bis 20 mA für die Signalübertragung in der Instrumentierung verwendet?

Sie können sich das folgende Video ansehen, um Einzelheiten zu erfahren.

Abschluss

Das 4-20-mA-Signal ist nicht ohne Grund ein Industriestandard. Ein wesentlicher Vorteil ist die Fähigkeit, über große Entfernungen ohne Genauigkeitsverlust übertragen zu werden. Auf die Frage „wie weit“ gibt es zwar keine definitive Antwort, da dies weitgehend von Faktoren wie Leitungswiderstand, Signalrauschen, Stromversorgung und Lastwiderstand abhängt, mit den richtigen Maßnahmen können jedoch beträchtliche Entfernungen zuverlässig zurückgelegt werden. Durch die praktische Anwendung in Industrie und Sensorik erkennen wir den Wert und die Bedeutung von 4-20-mA-Signalen in unserer vernetzten Welt.

FAQs

1. Welche Bedeutung hat der „lebende Nullpunkt“ bei 4 mA in einem 4-20-mA-Signal?

Der „lebende Nullpunkt“ bei 4 mA ermöglicht die Fehlererkennung. Fällt ein Signal unter 4 mA, deutet dies auf einen Fehler hin, beispielsweise auf eine Unterbrechung der Schleife oder einen Geräteausfall.

2. Warum ist ein 4-20-mA-Signal weniger anfällig für Rauschen?

Stromsignale werden weniger durch Widerstandsänderungen und elektrisches Rauschen beeinflusst. Aus diesem Grund werden sie bevorzugt für die Übertragung über große Entfernungen und in elektrisch verrauschten Umgebungen eingesetzt.

3. Welche Rolle spielt der Lastwiderstand bei der Übertragung eines 4-20mA-Signals?

Der Lastwiderstand sollte zum Netzteil passen. Wenn der Lastwiderstand zu hoch ist, ist das Netzteil möglicherweise nicht in der Lage, den Schleifenstrom zu treiben, wodurch die Übertragungsentfernung begrenzt wird.

4. Kann ein 4-20mA-Signal drahtlos übertragen werden?

Ja, durch den Einsatz von speziell für diesen Zweck entwickelten Sendern und Empfängern können 4-20-mA-Signale drahtlos übertragen werden.

5. Ist es möglich, die Übertragungsentfernung eines 4-20-mA-Signals zu verlängern?

Ja, durch die richtige Verkabelung, die Reduzierung von Geräuschen, die Sicherstellung einer ausreichenden Stromversorgung und den Ausgleich des Lastwiderstands kann die Übertragungsentfernung verlängert werden.

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