Приборы и инструменты: 【Вопрос каждый понедельник】23-я неделя 2011 года: в чем разница между токовым сигналом 4–20 ммА и напряженческим сигналом 1–5 В?

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем denghl 21.12.2012 в 21:13. Сигналы тока 4–20 мА подходят для передачи на большие расстояния; сигналы напряжения 1–5 В предназначены для обмена данными между электронными устройствами. С помощью сигнального преобразователя MHM-04B можно преобразовывать и ретранслировать сигналы.

Последнее изменение в этом посте было сделано denghl 21.12.2012 в 21:14: при передаче сигнала 4-20 мА не наблюдается падения напряжения; напряжение 1-5 В позволяет подключать множество измерительных устройств параллельно в контрольной комнате

Последнее изменение в этом посте было сделано denghl 21.12.2012 в 21:15. Сигнальная система 4–20 мА постоянного тока (1–5 В постоянного тока) является стандартом Международного комитета по электroteхнике (IEC) для аналоговых сигналов в системах управления процессами. Наша страна начала использовать этот международный стандарт сигнализации с электрических измерительных приборов типа DDZ-Ⅲ. Для передачи сигналов приборами используется ток 4–20 мА постоянного тока, а для передачи управляющих сигналов — напряжение 1–5 В постоянного тока. То есть используется система сигнализации, в которой сигналы передаются в виде тока, а принимаются в виде напряжения. Преимущества этой системы сигнализации заключаются в следующем: приборы, установленные на месте, могут работать в двухпроводной схеме. Под двухпроводной схемой подразумевается соединение источника питания и нагрузки последовательно, при этом существует общая точка соединения. Для передачи сигналов и подачи питания между передатчиком, установленным на месте, и приборами в контрольной комнате требуется всего два провода. Поскольку начальный ток сигнала составляет 4 мА постоянного тока, это обеспечивает трансмиттеру ток для работы в статическом режиме. Кроме того, электрический нуль прибора также равен 4 мА постоянного тока; он не совпадает с механическим нулем. Такой «динамический нуль» способствует выявлению таких неисправностей, как отсутствие питания или разрыв проводов. Кроме того, двухпроводная схема облегчает использование защитных устройств, способствуя безопасности и защите от взрывов. Приборы в контрольной комнате используют систему передачи сигналов по параллельным цепям напряжения; у приборов, относящихся к одной и той же системе управления, имеются общие точки соединения, что облегчает их использование вместе с датчиками, регулирующими приборами, компьютерами и устройствами сигнализации, а также упрощает прокладку проводов. Причина использования сигналов 4–20 мА по постоянному току для связи между приборами, находящимися на площадке, и приборами в контрольной комнате, заключается в том, что расстояние между ними велико, а сопротивление проводов большое. Если использовать сигналы, основанные на напряжении, то из-за сопротивления проводов и сопротивления входа прибора возникают значительные ошибки. Однако при использовании сигналов, основанных на постоянном токе, ток в цепи не меняется в зависимости от длины проводов, если только в цепи нет ответвлений. Это обеспечивает точность передачи сигнала. Причина использования сигналов связи между приборами в контрольной комнате в формате 1–5 В постоянного тока заключается в том, что это облегчает прием одного и того же сигнала несколькими приборами, а также способствует правильной прокладке кабелей и созданию различных сложных систем управления. Если в качестве сигнала связи использовать источник тока, то при одновременном приеме одного и того же сигнала несколькими измерительными приборами их входные резисторы должны быть соединены последовательно. Это приводит к тому, что максимальное сопротивление нагрузки превышает возможности прибора-трансмиттера. Кроме того, потенциалы отрицательных полюсов сигнала у разных приборов будут различаться, что вызывает помехи. Также невозможно обеспечить единое централизованное питание. Для связи с сигналами источника напряжения сигналы тока, используемые для взаимодействия с приборами на месте, должны преобразовываться в сигналы напряжения. Самый простой способ заключается в подключении стандартного резистора сопротивлением 250 ом в цепь передачи тока; это позволяет преобразовать сигналы 4–20 мА постоянного тока в сигналы 1–5 В постоянного тока. Обычно эту задачу выполняет устройство распределения сигналов.

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем denghl 21.12.2012 в 21:16. Для передачи сигналов между приборами, находящимися на площадке, и приборами в контрольной комнате, используется сигнал типа 4–20 мА постоянного тока. Это связано с тем, что расстояние между площадкой и контрольной комнатой велико, а сопротивление линий передачи высоко. Если использовать сигналы напряжения, из-за сопротивления линий возникает значительное падение напряжения, что приводит к большим ошибкам. В то же время, при использовании сигналов тока, при условии отсутствия разветвлений в цепи передачи, сила тока не меняется в зависимости от длины проводов, что обеспечивает точность передачи сигнала. Использование сигналов 1–5 В постоянного тока между приборами в контрольной комнате обеспечивает возможность одновременного приема одного и того же сигнала несколькими приборами, а также упрощает прокладку кабелей и создание различных сложных систем управления. Если в качестве сигнала связи использовать электрический ток, то при одновременном приеме одного и того же сигнала несколькими приборами их входные резисторы должны быть соединены последовательно. Это приводит к тому, что максимальное сопротивление нагрузки превышает возможности прибора-трансмиттера. Кроме того, потенциалы отрицательных полюсов сигнала у разных приборов будут различаться, что вызывает помехи. Также невозможно обеспечить единое централизованное питание.

Оба являются аналоговыми сигналами; уровень сигнала должен составлять 1–5 В

4–20 мА наиболее часто используется в промышленных системах управления и обладает наилучшей стойкостью к помехам. Поскольку происходит выход тока, требуется определенная мощность, в то время как уровень помех обычно очень низок, поэтому затруднительно создать помехи для такой передачи. Передача напряжения обычно используется в электронных устройствах; преимущество заключается в низком энергопотреблении, однако способность к сопротивлению помехам слабая. Основными характеристиками совместных и последовательных помех являются их распространение по линиям питания или сигналов к соответствующим устройствам. Использование низкопроходных фильтров является распространенным способом подавления высокочастотных помех

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем denghl 21.12.2012 в 21:18. При передаче сигналов между приборами, находящимися на месте эксплуатации, и приборами в контрольной комнате, используется сигнал типа 4–20 мА постоянного тока. Это связано с тем, что расстояние между местом эксплуатации и контрольной комнатой велико, а сопротивление проводов большое. Если использовать сигналы напряжения для передачи данных на большие расстояния, то из-за сопротивления проводов и сопротивления входа прибора возникают значительные ошибки. В то же время, при использовании сигнала постоянного тока сила тока в цепи не меняется в зависимости от длины проводов, если только в цепи нет ответвлений. Таким образом обеспечивается точность передачи данных. Причина использования сигналов связи между приборами в контрольной комнате в формате 1–5 В постоянного тока заключается в том, что это облегчает прием одного и того же сигнала несколькими приборами, а также способствует правильной прокладке кабелей и созданию различных сложных систем управления. Если в качестве сигнала связи использовать источник тока, то при одновременном приеме одного и того же сигнала несколькими измерительными приборами их входные резисторы должны быть соединены последовательно. Это приводит к тому, что максимальное сопротивление нагрузки превышает возможности прибора-трансмиттера. Кроме того, потенциалы отрицательных полюсов сигнала у разных приборов будут различаться, что вызывает помехи. Также невозможно обеспечить единое централизованное питание. Для связи с сигналами источника напряжения сигналы тока, используемые для взаимодействия с приборами на месте, должны преобразовываться в сигналы напряжения. Самый простой способ заключается в подключении стандартного резистора сопротивлением 250 ом в цепь передачи тока; это позволяет преобразовать сигналы 4–20 мА постоянного тока в сигналы 1–5 В постоянного тока. Обычно эту задачу выполняет устройство распределения сигналов.

Последнее изменение в этом посте было сделано denghl 21.12.2012 в 21:19. Сигнал тока 4–20 мА подходит для передачи на большие расстояния, а сигнал напряжения 1–5 В – для обмена данными между электронными устройствами. С помощью сигнального преобразователя MHM-04B можно преобразовывать и ретранслировать сигналы

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем denghl 21.12.2012 в 21:21. При передаче сигнала на больших расстояниях, из-за большой длины проводов и высокого сопротивления, при передаче сигнала в виде напряжения возникает значительная потеря напряжения, что снижает точность передачи данных. Однако ток в одной и той же цепи остается неизменным, поэтому сигнал, передаваемый в виде тока, может передаваться на более большие расстояния, чем сигнал в виде напряжения.

Последнее изменение в этом посте было сделано denghl 21.12.2012 в 21:22. Диапазон 4–20 мА наиболее часто используется в промышленных системах управления; при этом он обладает наилучшей стойкостью к помехам

4–20 мА: высокая стойкость к помехам, возможность передачи сигнала на большие расстояния. Подключение по технологии 1–5 В внутри устройства; сигналы подаются параллельно.

Резистор подключается к контактам +/– аналогового входа, сигнал тока подключается непосредственно к контакту V+, а отрицательный контакт V- — к отрицательному полюсу источника питания сигнала. Требуется точный резистор с мощностью потребления не менее 0,25 Вт; конечно, чем выше, тем лучше.

Причина использования сигналов 4–20 мА по постоянному току для связи между приборами, находящимися на площадке, и приборами в контрольной комнате, заключается в том, что расстояние между ними велико, а сопротивление проводов большое. Если использовать сигналы, основанные на напряжении, то из-за сопротивления проводов и сопротивления входа прибора возникают значительные ошибки. Однако при использовании сигналов, основанных на постоянном токе, ток в цепи не меняется в зависимости от длины проводов, если только в цепи нет ответвлений. Это обеспечивает точность передачи сигнала. Причина использования сигналов связи между приборами в контрольной комнате в формате 1–5 В постоянного тока заключается в том, что это облегчает прием одного и того же сигнала несколькими приборами, а также способствует правильной прокладке кабелей и созданию различных сложных систем управления.

Самый часто используемый диапазон — 4–20 мА, о других не знаю. . .

4-20 — это распространенный способ передачи сигналов на практике; он обладает высокой стойкостью к помехам. 1-5 В использует уровни высокого и низкого напряжения, потребляет меньше энергии, но имеет более низкую стойкость к помехам

4–20 мА – это сигнал тока. Поскольку речь идет о слабом электрическом сигнале, в промышленных условиях особое внимание уделяется способности сигнала к сопротивлению помехам и к снижению уровня сигнала. В этом отношении сигнал тока явно превосходит сигнал напряжения. Фактически, большинство помех (например, помехи общего режима, помехи разницы потенциалов, высокочастотные электромагнитные помехи, случайные помехи, фоновый шум и т. д.) поступают в систему управления в виде сигналов напряжения небольшой амплитуды. Поэтому они представляют наибольшую угрозу для надежности и точности сигналов обратной связи 1–5 В. Сигнал тока же не позволяет помехам, существующим в виде сигналов напряжения, проникать в систему (при дальних расстояниях в кабелях, используемых для передачи сигналов обратной связи, образуется дистрибутивная емкость; емкость способствует передаче сигналов напряжения, тогда как индуктивность способствует передаче сигналов тока. Дистрибутивная емкость легко позволяет передавать сигналы напряжения, в то время как дистрибутивная индуктивность очень мала, поэтому даже если искусственно вводить помехи в виде сигналов тока, они вряд ли смогут проникнуть в систему). Поэтому на больших расстояниях чаще всего используется сигнал 4–20 мА. К тому же характерной особенностью сигналов тока является то, что при их передаче на большие расстояния сила тока практически не снижается. В то время как у сигналов напряжения при дальней передаче из-за того, что входное сопротивление вторичных измерительных устройств не равно идеальному бесконечному значению, возникает эффект нагрузки, в результате чего напряжение на выходе вторичного измерительного устройства снижается. Учитывая особенности технологической системы, сформировавшейся в промышленности измерительных приборов на протяжении длительного времени, а также сложившиеся практики использования, до сих пор широко применяются сигналы напряжения, особенно в формате 0–10 В. Если расстояние невелико, можно также использовать другие варианты. Кроме того, со временем был разработан способ преобразования сигнала постоянного тока в сигнал напряжения непосредственно на вторичной стороне прибора. Для этого используются резисторы высокой точности; при прохождении тока 4–20 мА через такой резистор, напряжение на нем можно рассчитать с помощью известного закона Ома. Обычно в качестве такого резистора выбирается резистор с сопротивлением 250 ом (иногда — 500 ом). Таким образом, напряжение на выходе при использовании резистора сопротивлением 250 ом для тока 4–20 мА составляет 1–5 В.

При передаче сигналов между приборами, находящимися на месте эксплуатации, и приборами в контрольной комнате, используется формат сигнала 4–20 мА постоянного тока. Это связано с тем, что расстояние между местом эксплуатации и контрольной комнатой довольно велико; в таких условиях ток в цепи не теряется. В то же время при передаче сигнала в формате 1–5 В постоянного тока на больших расстояниях происходит падение напряжения, что снижает точность передачи сигнала. Сигналы между приборами в комнате управления передаются посредством напряжения 1–5 В постоянного тока: во-первых, это обеспечивает небольшую дистанцию передачи сигнала; во-вторых, это упрощает прием одного и того же сигнала несколькими приборами, а также облегчает подключение кабелей и техническое обслуживание.

Нужно учитывать такие аспекты, как способность к противодействию помехам и проблема нулевой точки. Способность первого варианта к противодействию помехам лучше, чем у второго. Кроме того, у них разная нулевая точка