4-20mA信号究竟能够传输多远？

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感谢上海辰竹仪表有限公司供稿！

前言

我国电气自动化仪表从技术发展角度分类，主要分为DDZ-Ⅰ型、DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型等几个类型，目前基本上都是电3型和电4型仪表，分别是指DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型。

它们的主要特点是：

电动单元组合仪表（DDZ）	特点	研制时间	直流电流信号范围
DDZ-Ⅰ型仪表	以电子管为核心元件	60年代前后	无
DDZ-Ⅱ型仪表	以晶体管为核心元件	60年代	0-10mA
DDZ-Ⅲ型仪表	以集成电路为核心元件	70年代	4-20mA
DDZ-S型仪表	以微电脑为核心的智能型仪表	70年代后期	4-20mA

对于Ⅲ型仪表和S型仪表之间的模拟信号均采用标准的4-20mA.DC（电流传输）或1-5V.DC（电压接收）。参考标准GB/T 3369.1-2008和GB/T 3369.2-2008。

直流电压信号为何不宜用于长距离传输？

在《GB/T 3369.2-2008 过程控制系统用模拟信号 第2部分：直流电压信号》标准中描述：“与GB/T 3369.1-2008所规定的模拟直流电流信号相反，本部分所规定的模拟直流电压信号不宜用作长距离的传输”。主要原因是电压信号经过长距离传输会有所衰减，而且容易受到干扰。

图1：电压信号传输时会有衰减

图2：电流信号传输时无衰减

正是由于电压信号有衰减，所以当电压信号传输时，要求接收端必须呈现高阻抗，即图1中的Ri越大越好，而输入阻抗越高，越容易受到干扰。

因此，直流电压信号不宜用于长距离传输。

“4-20mA电流信号究竟能够传输多远？”

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4-20mA电流信号的传输距离主要与以下几个因素有关：

1

  信号的激励电压Ue

2

  仪表的最低工作电压Umin

3

  接收设备的负载（采样）电阻RL

4

  导线电阻r

图3：二线制变送器电流信号传输回路

其中，Uo是变送器的供电电压，必须在满载时（电流I=20mA）保证Uo≥Umin。

根据这个公式，可以计算出在变送器处于最低工作电压时，最大的导线电阻。假设：

已知：Ue=24V，I=20mA，RL=250Ω，Umin=12V。求出r的最大值为175Ω：

ρ—电阻率(铜电阻率=0.017，铝电阻率=0.029)

L—线的长度(单位：米)S——线的截面(单位：平方毫米)

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注：电阻值与长度成正比，与截面积成反比。导线越长，电阻越大， 导线越粗，电阻越小。

以铜线为例，ρ= 0.017 Ω·mm2

/m，即：横截面积1mm2，长度1m的铜线电阻为0.017Ω。那么175Ω对应1mm2的导线长度为175/0.017=10294（米）。

因此，理论上4-20mA信号传输可达上万米（根据不同激励电压和变送器的最低工作电压等因素而定）。

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