科普：两线制4~20mA信号的传输距离计算

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）

      化川转手倒卖的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
      化川自研自造的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

大家有自己的见解的可以发出来一起讨论！

然后还得除以2，因为线路还得返回。
这传输的信号也才20MA，是不是可以用小点平方数的线缆呢？我们厂里都用1.5平方毫米的线缆，可不可以用0.5平方的？不知行业有没有规则，我是这样想的，DCS出来用小平方的多芯线接到车间的防爆接线箱里，再接到车间各角落的仪表上，这样铺设线缆来说更方便，以后车间仪表改动也方便了。线缆小点，省钱，也不占地方，要不线槽都满了。多芯线这样也好找线。我们是中试车间，项目经常变动。

新昌小徐 发表于 2024-6-19 16:01
然后还得除以2，因为线路还得返回。
这传输的信号也才20MA，是不是可以用小点平方数的线缆呢？我们厂里 ...

在计算导线电阻时已经将传输距离和电阻乘2了，所以可以不用在导线总长除2.
按照标准来讲信号类线必须是2*1.5的屏蔽电缆，带电源输出的（DCS输出给外部电磁阀的线）一般采用2*2.5的屏蔽电缆，DCS到MCC的线一般采用1*1.5的硬线。
如果要用0.5的做信号线，可以是可以，不过距离稍微远点对于敏感一点的仪表，会有影响。因为电压降之类的问题会加重。关键验收的时候也是很麻烦的。

小傅fu 发表于 2024-6-19 16:29
在计算导线电阻时已经将传输距离和电阻乘2了，所以可以不用在导线总长除2.
按照标准来讲信号类线必须是2 ...

距离不远，不高于100米，多数也就五十米。

小傅fu 发表于 2024-6-19 16:29
在计算导线电阻时已经将传输距离和电阻乘2了，所以可以不用在导线总长除2.
按照标准来讲信号类线必须是2 ...

规范不允许，信号电缆线径0.75~1.5

自由人jim 发表于 2024-6-20 09:01
规范不允许，信号电缆线径0.75~1.5

SH/T 3019-2016 和 HG/T 20512-2014：这两个标准规定仪表信号电缆的线芯截面积不应小于 0.5（一般情况）或 0.75（特殊情况）。对于多芯电缆，在满足线路电阻要求的前提下，其线芯截面可适当调整。