常用的安全檢測(cè)儀表是如何工作的？
4-20mA，指的就是最小電流為4mA，最大電流為20mA 。
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，要完成信號(hào)的調(diào)理并進(jìn)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸，行會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：
為了解決上述問(wèn)題和避開(kāi)相關(guān)噪聲的影響，我們會(huì)用電流來(lái)傳輸信號(hào)，因?yàn)殡娏鲗?duì)噪聲并不敏感。4-20mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號(hào)，用20mA表示信號(hào)的滿(mǎn)刻度，而低于4mA高于20mA的信號(hào)用于各種故障的報(bào)警。（一般2mA判斷為斷線(xiàn)）。
肯定有很多朋友會(huì)問(wèn)：為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢？很簡(jiǎn)單，如果0是最小，那么開(kāi)路故障就檢測(cè)不到了！
這個(gè)4-20mA控制回路是怎么工作的呢？
4-20mA構(gòu)成基礎(chǔ)要件：
24V電源供電；
變送器控制4-20mA信號(hào)使其與過(guò)程變量成比例變化；
指示器將4-20mA信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)過(guò)程變量；
指示器或控制器I/O輸入電阻250Ω分流器生成1-5V輸入信號(hào)（歐姆定律：電壓=電流*電阻，4-20 mA X 250 ohms = 1-5V）
1)它們將熱電偶或熱電阻傳感器的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA信號(hào)然后再輸出；
2)控制器再將4-20mA反譯為具體的溫度值；
3)基于此溫度值，控制回路給實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程終端控制元件的控制。
同樣，控制回路中的壓力變送器，通常用來(lái)測(cè)量過(guò)程介質(zhì)的壓力值：
1)傳感器感知壓力，又由變送器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA信號(hào)；
2)控制器再將4-20mA信號(hào)反譯為壓力值；
3)控制器根據(jù)壓力值，給閥門(mén)發(fā)送指令，控制閥門(mén)開(kāi)度實(shí)現(xiàn)安全閥控制，確保容器不產(chǎn)生危險(xiǎn)壓力。
兩線(xiàn)制4-20mA電流信號(hào)能傳多遠(yuǎn)呢？
1.干擾因素
①與激勵(lì)電壓高低有關(guān)；
②與變送器允許的最小工作電壓有關(guān)；
③與板卡設(shè)備采集電流用的取壓電阻大小有關(guān)；
④與導(dǎo)線(xiàn)電阻的大小有關(guān)。
通過(guò)這四項(xiàng)有關(guān)量，可以計(jì)算出4-20mA電流信號(hào)的理論傳輸距離。
2.要使4-20mA信號(hào)無(wú)損失在兩線(xiàn)回路里傳輸，必須滿(mǎn)足歐姆定律。即：
3.為什么要特意給出這個(gè)r的計(jì)算式呢？
當(dāng)環(huán)路實(shí)際總電阻＞r時(shí)，就算傳輸距離為0，變送器也是沒(méi)辦法輸出20mA電流的； 當(dāng)環(huán)路實(shí)際總電阻=r時(shí)，變送器輸出20mA電流，傳輸距離只能為0米（超導(dǎo)除外）； 當(dāng)環(huán)路實(shí)際總電阻＜r時(shí)，變送器輸出20mA電流，才能在環(huán)路中有效傳輸若干米。
①由于板卡采集電流用的取壓電阻為定值，故導(dǎo)線(xiàn)電阻大小，決定著傳輸距離的長(zhǎng)短；
②導(dǎo)線(xiàn)電阻越小，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)；
③導(dǎo)線(xiàn)若是超導(dǎo)，電阻≈0，那電流傳到美國(guó)去也不是事，傳到火星去也沒(méi)問(wèn)題。
綜上所述，電流環(huán)路的總電阻R，必須滿(mǎn)足R≤r，否則4～20mA信號(hào)，無(wú)法正常傳輸。
4.電流環(huán)路的總電阻R，由板卡設(shè)備上采集電流信號(hào)的取壓電阻R1，和導(dǎo)線(xiàn)電阻R2組成。
5.編個(gè)小題算一算
計(jì)算如下：
①先計(jì)算變送器的負(fù)載電阻r，r=(24-10)×50=700Ω
②再寫(xiě)出環(huán)路總電阻R的算式：
R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 單位Ω
③由于有R≤r，即（100+15L）≤700
計(jì)算得：L≤40千米，即最大傳輸距離為40000米。
常見(jiàn)故障、原因與排查步驟
接線(xiàn)和端子的問(wèn)題：壞的終端，絕緣問(wèn)題，線(xiàn)路的腐蝕及污染等； 回路電源：噪音干擾、過(guò)壓等問(wèn)題都可能導(dǎo)致回路工作的不正常； 控制系統(tǒng)I/O卡件故障； 變送器； 傳感器：元件的損壞、測(cè)量通道的阻塞。
1. 驗(yàn)證4-20mA信號(hào)
用串聯(lián)法或用毫安電流鉗表測(cè)量4-20毫安信號(hào)：
1)驗(yàn)證電源供電
2)查找線(xiàn)路問(wèn)題
3)查找I/O問(wèn)題
4)查找有問(wèn)題的接線(xiàn)終端
故障排查步驟：
1)測(cè)量回路中的毫安數(shù)值，如果測(cè)量到了0mA，那么繼續(xù)深入排障；
2)如果控制器沒(méi)有指示顯示，可能是I/O輸入的保險(xiǎn)絲熔斷，回路出現(xiàn)開(kāi)路故障。
2.控制器I/O問(wèn)題排障：4-20mA回路排障(替代測(cè)試)
故障排查步驟：
1)斷開(kāi)變送器連接，將回路校準(zhǔn)器或過(guò)程表連接在原變送器位置；
2)設(shè)置毫安模擬，并設(shè)置范圍在4-20毫安；
3)驗(yàn)證指示器的正確數(shù)值，在同一測(cè)試中完成對(duì)線(xiàn)路、電源供電和I/O的測(cè)試；
4)如果控制器沒(méi)有指示顯示，可能是I/O輸入的保險(xiǎn)絲熔斷，回路出現(xiàn)開(kāi)路故障�？赏ㄟ^(guò)測(cè)量在250Ω輸入來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。
3.電源供電問(wèn)題排查
使用回路校驗(yàn)儀或多用表，測(cè)量回路供電電壓。
故障排查步驟：
1)測(cè)量電源供電，應(yīng)該在近似24V。
2)如果測(cè)量結(jié)果是不確定的，就進(jìn)行替代測(cè)試。
a. 斷開(kāi)裝置回路電源
b.將回路校準(zhǔn)器或過(guò)程表的24V回路供電端連接在這個(gè)位置
c.如果此時(shí)問(wèn)題得到解決，那么裝置的回路電源可能有缺陷或者存在過(guò)載
4.線(xiàn)路噪聲排障
在正常情況下，系統(tǒng)中應(yīng)該只有少量的mV級(jí)的交流電壓存在。
