導讀
近年來,隨著技術的日漸成熟及社會的發展,工農業生產及日常生活對智能化水平的需求也不斷提高,為了提升這些行業使用過程中的智能化水平,「溼度」指標和被「溫度」指標一樣,引入了各行各業的監測應用中,溫溼度變送器也越來越被廣泛用於各個行業。
近年來,隨著技術的日漸成熟及社會的發展,工農業生產及日常生活對智能化水平的需求也不斷提高,為了提升這些行業使用過程中的智能化水平,「溼度」指標和被「溫度」指標一樣,引入了各行各業的監測應用中,溫溼度變送器也越來越被廣泛用於各個行業。
溫溼度變送器是指能將溫度量和溼度量轉換成容易被測量處理的電信號的設備或裝置。這種將物理量轉換成電信號的設備稱為變送器。工業上最廣泛採用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。
為什麼採用4-20mA的電流？
採用電流信號的原因是不容易受幹擾。並且電流源內阻無窮大，導線電阻串聯在迴路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數百米。上限取20mA是因為防爆的要求：20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引爆瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時不會低於4mA，當傳輸線因故障斷路，環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。還有有兩個原因。一個原因是為了避免幹擾，另一個原因是在4-20mA使用的是兩線制，即兩根線即是信號線，同時也是電源線，而4mA是為了給變送器提供電路的靜態工作電流用。
溫溼度變送器4～20mA的電流信號究竟能傳多遠？
幹擾因素：
①與激勵電壓高低有關；
②與變送器允許的最小工作電壓有關；
③與板卡設備採集電流用的取壓電阻大小有關；
④與導線電阻的大小有關。通過這四項有關量，可以計算出4～20mA電流信號的理論傳輸距離。
圖1：二線制變送器電流信號傳輸迴路
其中，Uo是變送器的供電電壓，必須在滿載時（電流I=20mA）保證Uo≥Umin。
即：。根據這個公式，可以計算出在變送器處於最低工作電壓時，最大的導線電阻。假設：
已知：Ue=24V，I=20mA，RL=250Ω，Umin=12V。求出r的最大值為175Ω：
再根據導線電阻的計算公式：， 其中：
ρ——電阻率(銅電阻率=0.017，鋁電阻率=0.029)
L——線的長度(單位：米)
S——線的截面(單位：平方毫米)
註：電阻值與長度成正比，與截面積成反比。導線越長，電阻越大， 導線越粗，電阻越小。
以銅線為例，ρ= 0.017 Ω·mm2/m，即：橫截面積1mm2，長度1m的銅線電阻為0.017Ω。那麼175Ω對應1mm2的導線長度為175/0.017=10294（米）。
因此，理論上4-20mA信號傳輸可達上萬米（根據不同激勵電壓和變送器的最低工作電壓等因素而定）。
那麼直流電壓信號為何不宜用於長距離傳輸？
在《GB/T 3369.2-2008 過程控制系統用模擬信號 第2部分：直流電壓信號》標準中描述：「與GB/T 3369.1-2008所規定的模擬直流電流信號相反，本部分所規定的模擬直流電壓信號不宜用作長距離的傳輸」。主要原因是電壓信號經過長距離傳輸會有所衰減，而且容易受到幹擾。
圖2：電壓信號傳輸時會有衰減
圖3：電流信號傳輸時無衰減