科普：两线制4~20mA信号的传输距离计算-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2015-01-06 00:16:23

楼主

前言：两线制4～20mA电流信号能传多远，常碰上有人号称“理论上”而妄下断言
            讲科学，就是要讲清来龙去脉，讲计算，
            本怪算一算，
            抖落西安城的混沌与尘土，清白一哈工控网的2015 。。。。。。

1、两线制4～20mA变送器的电流信号究竟能传多远呢？
    本怪说：
      ①、与激励电压高低有关，
      ②、与变送器允许的最小工作电压有关，
      ③、与板卡设备采集电流用的取压电阻大小有关，
      ④、与导线电阻的大小有关
    通过这四项有关量，可以计算出4～20mA电流信号的理论传输距离

2、要使4～20mA信号，无损失在两线回路里传输，必须满足欧姆定律，
   即满足：（激励电压－变送器允许的最小工作电压）≥ 输出电流×电流环路总电阻
   当输出电流I=20mA，即0.02A时，上式取等号，则：
    电流环路总电阻=（激励电压－变送器允许的最小工作电压）÷0.02
    将这个计算值记作r，
    即r=（激励电压－变送器允许的最小工作电压）×50 ，单位Ω
    这个r，业界称之为电流信号的负载电阻，也就是电流信号的最大带载能力

3、业界为啥要特意给出这个r的计算式呢？
    那是由于：4～20mA电流信号能传多远，实质是实际电阻，与r比大小的问题，
    当环路实际总电阻＞r时，就算传输距离为0，变送器也是没办法输出20mA电流的，
    当环路实际总电阻=r时，变送器输出20mA电流，传输距离只能为0米，（超导除外）
    当环路实际总电阻＜r时，变送器输出20mA电流，才能在环路中有效传输若干米，
         ①、由于板卡采集电流用的取压电阻为定值，故导线电阻大小，决定着传输距离的长短
         ②、导线电阻越小，信号传输的距离越远
         ③、导线若是超导，电阻≈0，那电流传到美国去也不是事，传到火星去也木问题，

     综上：电流环路的总电阻R，必须满足R≤r ，否则4～20mA信号，无法正常传输

4、电流环路的总电阻R，由板卡设备上，采集电流信号的取压电阻R1，和导线电阻R2组成
   取压电阻R1，多见250Ω、150Ω、100Ω、50Ω，而今流行100Ω～40Ω等小电阻取压
   导线电阻R2＝电导率×导线总长度÷导线横截面积=单位长度电阻×导线总长度
                  ＝单位长度电阻×传输距离×2

5、编个小题算一算，4~20mA电流信号的理论传输距离L（单位千米）

  帅克转手倒卖的2.5平方毫米双绞线，，每1000米的电阻=7.5Ω ，用此导线传输信号
    帅克自研自造的SC322无零漂压力变送器，，最小允许激励电压=10VDC
    DCS板卡上采集电流用的取压电阻R1=100Ω
    DCS板卡上的供电电压＝24VDC
    计算如下：
    ①、先计算变送器的负载电阻r，r=(24-10)×50=700 Ω
    ②、再写出环路总电阻R的算式，R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 单位Ω
    ③、由于有R≤r，即（100+15L ）≤ 700
            计算得：L ≤ 40千米，即最大传输距离为40000米

6、呵呵呵，40000米，看清没？只要有钱布线，从西安城传到长安县，没问题呀
    祝大家今年快乐满满20mA！
    祝大家今年发财电流长！