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2021 - 05 - 08
自从5G在2019年正式商业化以来,5G的全球发展进入快车道,并取得了一个又一个显著的成绩。在中国,已经建成并开通了79.2万个5G基站,连接了2.6亿个5G手机终端,不仅实现了5G网络覆盖所有地级市,还初步建成了全球最大的5G移动网络。  在这种背景下,加快5G的应用正成为中国下一阶段发展的重要目标。早在2020年,政府工作报告就包含了“拓展5G应用”,并提出要加快“5G”的探索和发展。5G的集成和应用已经成为推动经济和社会数字化、网络化和智能化转型的关键引擎。  2021年4月30日,为了大力推广5G的应用,工信部还起草编制了《5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》,在5月1日至5月7日期间进行对外公示,听取公众意见。接下来,我们来看看。5G应用的“扬帆”行动计划是什么?  据了解,5G应用“扬帆”行动计划的总体目标是:  5G个人用户普及率超过40%,用户数超过5.6亿;5G网络接入流量占比50%以上;每万人拥有18个以上5G基站,建成5G行业虚拟专用网3000多个;5G物联网终端用户年均增长率超过200%;5G应用在大型工业企业的普及率超过35%;在每个关键行业创建100多个5G示范应用基准;形成100多个5G应用解决方案;制定30多项重点行业标准;创建10-20个5G应用安全创新示范中心,建立3-5个区域示范基准。  要实现这些目标,就要突破5G应用的关键环节...
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2021 - 06 - 02
集成电路市场的蓬勃发展带来了对集成电路设计日益增长的需求。在国内集成电路行业的发展中,集成电路设计行业一直是国内集成电路行业中发展最快、最具活力的领域。此外,行业内企业数量也明显增加,行业集中度有所提高。  集成电路设计(Integrated circuit design, IC design),也可以称为超大规模集成电路设计(VLSI design),是指以集成电路、超大规模集成电路为目标的设计流程。  行业市场年增长率超过20%  近年来,在国家政策支持和市场应用的推动下,中国集成电路产业保持了快速增长。在此驱动下,集成电路设计行业一直是国内集成电路行业中最具活力、发展最快的领域。  从行业整体发展来看,集成电路的快速增长带动了集成电路设计行业的增长。据中国半导体工业协会统计,2020年中国集成电路行业销售额为8848亿元,同比增长17%。其中,设计行业销售额3778.4亿元,同比增长23.3%。  企业数量增长迅速,主要分布在北京、上海和广东  随着《国家集成电路产业发展推进纲要》等一系列鼓励政策的出台,集成电路设计行业成为中国集成电路产业最具竞争力的领域。2015年以来,地方政府采取各种优惠措施,吸引国内成熟的设计企业在各地开设分支机构。据统计,2020年国内芯片设计企业2218家,比2019年的1780家多438家,增长24.6%。  按企业地域分布,集成电路设计企业主要...
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2021 - 06 - 25
近年来,随着我国大气污染治理力度的加大,以城市环境空气质量监测站、区域空气质量监测站和背景值监测站为主的我国空气环境监测网络不断完善,许多地方开始建设空气监测超级站。  “蓝天保卫战”开始以来,通州区加大了环境检测技术投入,建成了大气颗粒物自动监测、餐饮业油烟在线监测、施工现场粉尘在线监测监管、车载导航监测等监测网络。以上监测系统各有针对性,但目前仍有部分污染源无法实时监测,部分污染成分仍未知,如汽车尾气排放、居民生活污染等。  为了落实“十四五”绿色发展目标,综合评价环境空气质量现状,掌握污染构成及变化趋势,通州区生态环境局专门建设了在线空气污染源分析超级站,通过成分监测,可以定量分析通州区的污染构成及其贡献率,指导政府制定精准的政策。  与现有的空气质量评价站相比,超级站增加了源分析、挥发性有机化合物和OCEC的监测能力。通过源成分谱,可以量化污染源,准确分析各行业的污染比例、气象因素的影响和区域传播的影响,准确掌握重点区域颗粒物的来源、成分和分类来源,实现精细化管理,使污染成因“清晰”和“可见”。加强可控污染源管理,实时掌握不可控污染源的污染比例。为区域和结构性防控措施提供数据支持。  大气环境监测超级站相当于监测站里的“特种兵”。普通的监测站可以“捕捉”常见的空气污染物,而对于难以捕捉的“顽固敌人”,则需要这些“特种部队”。通州区超级站的建立进一步满足了大气污染控制的需求,...
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为什么变送器和传感器要用4~20mA作传送信号?

发布日期: 2023-01-04
浏览人气: 567

一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA,指最小电流为4mA,最大电流为20mA 。传输信号时候,因为导线上也有电阻,如果用电压传输则会在导线内产生一定的压降,那接收端的信号就会产生一定的误差了,所以一般使用电流信号作为变送器的标准传输。


一、什么是4~20mA.DC(1~5V.DC)信号制?


4~20mA.DC(1~5V.DC)信号制是国际电工委员会(IEC):过程控制系统用模拟信号标准。我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始采用这一国际标准信号制,仪表传输信号采用4~20mA.DC,联络信号采用1~5V.DC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。


4~20mA电流环工作原理:


在工业现场,用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输,会产生以下问题:第一,由于传输的信号是电压信号,传输线会受到噪声的干扰;第二,传输线的分布电阻会产生电压降;第三,在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。

为什么变送器和传感器要用4~20mA作传送信号?

为了解决上述问题和避开相关噪声的影响,我们用电流来传输信号,因为电流对噪声并不敏感。4~20mA的电流环便是用4mA表示零信号,用20mA表示信号的满刻度,而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。


二、4~20mA.DC(1~5V.DC)信号制的优点?


现场仪表可实现两线制,所谓两线制即电源、负载串联在一起,有一公共点,而现场变送器与控制室仪表之前的信号联络及供电仅用两根电线。因为信号起点电流为4mA.DC,为变送器提供了静态工作电流,同时仪表电气零点为4mA.DC,不与机械零点重合,这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。而且两线制还便于使用安全栅,利于安全防爆。


控制室仪表采用电压并联信号传输,同一个控制系统所属的仪表之间有公共端,便于检测仪表、调节仪表、计算机、报警装置配用,并方便接线。


现场仪表与控制室仪表之间的联络信号采用4~20mA.DC的理由是:因为现场与控制室之间的距离较远,连接电线的电阻较大,如果用电压信号远传,优于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压,将产生较大的误差,而用恒流源信号作为远传,只要传送回路不出现分支,回路中的电流就不会随电线长短而改变,从而保证了传送的精度。


控制室仪表之间的联络信号采用1~5V.DC理由是:为了便于多台仪表共同接收同一个信号,并有利于接线和构成各种复杂的控制系统。如果用电流源作联络信号,当多台仪表共同接收同一个信号时,它们的输入电阻必须串联起来,这会使最大负载电阻超过变送仪表的负载能力,而且各接收仪表的信号负端电位各不相同,会引入干扰,而且不能做到单一集中供电。


采用电压源信号联络,与现场仪表的联络用的电流信号必须转换为电压信号,最简单的办法就是:在电流传送回路中串联一个250Ω的标准电阻,把4~20mA.DC转换为1~5V.DC,通常由配电器来完成这一任务。


三、为什么变送器选择4~20mA.DC作传送信号?


1、首先是从现场应用的安全考虑


安全重点是以防爆安全火花型仪表来考虑的,并以控制仪表能量为前提,把维持仪表正常工作的静态和动态功耗降低到最低限度。输出4~20mA.DC标准信号的变送器,其电源电压通常采用24V.DC,采用直流电压的主要原因是可以不用大容量的电容器及电感器,就只需考虑变送器与控制室仪表连接导线的分布电容及电感,如2mm 2 的导线其分布电容为0.05μ/km左右;对于单线的电感为0.4mH/km左右;大大低于引爆氢气的数值,显然这对防爆是非常有利的。


2、传送信号用电流源优于电压源


因为现场与控制室之间的距离较远,连接电线的电阻较大时,如果用电压源信号远传,由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压,将产生较大的误差,如果用电流源信号作为远传,只要传送回路不出现分支,回路中的电流就不会随电线长短而改变,从而保证了传送的精度。


3、信号最大电流选择20mA的原因


最大电流20mA的选择是基于安全、实用、功耗、成本的考虑。安全火花仪表只能采用低电压、低电流, 4~20mA电流和24V.DC对易燃氢气也是安全的,对于24V.DC氢气的引爆电流为200mA,远在20mA以上,此外还要综合考虑生产现场仪表之间的连接距离,所带负载等因素;还有功耗及成本问题,对电子元件的要求,供电功率的要求等因素。


4、信号起点电流选择 4mA的原因


输出为 4~20mA的变送器以两线制的居多,两线制即电源、负载串联在一起,有一公共点,而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线。为什么起点信号不是0mA?这是基于两点:一是变送器电路没有静态工作电流将无法工作,信号起点电流4mA.DC,不与机械零点重合,这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。


四、4~20mA传感器的由来?


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。


采用电流信号的原因是不容易受干扰,因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V,但是噪声的功率很弱,所以噪声电流通常小于nA级别,因此给4-20mA传输带来的误差非常小;电流源内阻趋于无穷大,导线电阻串联在回路中不影响精度,因此在普通双绞线上可以传输数百米;由于电流源的大内阻和恒流输出,在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0-5V的电压,低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微弱的电压噪声。


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燃瓦斯。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。电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出,必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线,加上两根电流输出线,总共要接4根线,称之为四线制变送器。当然,电流输出可以与电源公用一根线公用VCC或者GND,可节省一根线,称之为三线制变送器。其实大家可能注意到,4-20mA电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一个特殊的负载,特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线,因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA,因此只要在量程范围内,变送器至少有4mA供电。


因此、4-20mA的信号输出一般不容易受干扰而且安全可靠、所以工业上普遍使用的都是二线制4-20mA的电源输出信号。但为了能更好的处理传感器的信号、目前还有更多其它形式的输出信号:3.33MV/V;2MV/V;0-5V; 0-10V等。


另附一张4到20mA转电压信号的简单电路图:

为什么变送器和传感器要用4~20mA作传送信号?

这张图使用一个250欧姆的电阻将4到20mA的电流信号转换成1到5V的电压信号,然后使用一个RC滤波加一个稳压二极管接到单片机的AD转换引脚。

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