近年来,随着技术的日渐成熟及社会的发展,工农业生产及日常生活对智能化水平的需求也不断提高,为了提升这些行业使用过程中的智能化水平,“湿度”指标和被“温度”指标一样,引入了各行各业的监测应用中,温湿度变送器也越来越被广泛用于各个行业 。
温湿度变送器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置 。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器 。工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量 。


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为什么采用4-20mA的电流？
采用电流信号的原因是不容易受干扰 。并且电流源内阻无穷大 ， 导线电阻串联在回路中不影响精度 ， 在普通双绞线上可以传输数百米 。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引爆瓦斯 。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA ， 当传输线因故障断路 ， 环路电流降为0 。常取2mA作为断线报警值 。还有有两个原因 。一个原因是为了避免干扰 ， 另一个原因是在4-20mA使用的是两线制 ， 即两根线即是信号线 ， 同时也是电源线 ， 而4mA是为了给变送器提供电路的静态工作电流用 。
温湿度变送器4～20mA的电流信号究竟能传多远？
干扰因素：
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 。


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图1：二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 。
即： 。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：
再根据导线电阻的计算公式： ，其中：
ρ——电阻率(铜电阻率=0.017 ， 铝电阻率=0.029)
L——线的长度(单位：米)
【|温湿度变送器的4-20mA信号究竟能够传输多远】S——线的截面(单位：平方毫米)
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） 。
那么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 。


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图2：电压信号传输时会有衰减


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图3：电流信号传输时无衰减