如何管理4至20mA电流环路中的压降？如何确定环路的适当电源电压？
4 至 20 ma 电流环路概述4 至 20 ma 电流环路是一种非常可靠的传感器信号标准。电流环路是数据传输的理想选择，因为它们固有的对电噪声不敏感。设计4至20 ma电流环路只是管理环路周围的压降。压降发生在导线、变送器和负载电阻中。
导线 根据欧姆定律，导线中的压降与流过它的电流成正比，电流 x 电阻等于电压。表1显示了普通导线的电阻。
变送器
变送器消耗 7 至 15 vdc 的环路电压（具体取决于型号）来为自己供电。
负载电阻
最后，控制器的负载电阻将环路电流转换为电压，以便于信号处理。最常见的是使用250欧姆电阻将环路电流转换回电压。在 4 ma 时，一个 250ω 电阻压降 1 v;在 12 ma 时，250 欧姆电阻器压降 3 伏，在 20 ma 时，250 欧姆电阻器压降 5 伏。负载电阻可以是控制器内部或外部。
ansi/isa-50.1-1982（r1992）电子工业过程仪器模拟信号兼容性规定负载电阻应为250ω，而可以使用50至1，000ω的电阻值。要正确设计电流环路，您必须知道控制器电阻的值。
带外部电源和外部电阻的2线变送器许多低成本 hvac/r 控制器不包括专用电源或工厂配置的 4 至 20 ma 信号输入。同时，业内许多最好的传感器仅提供4至20 ma输出。下一页的图2显示了如何为没有专用电源或4至20 ma信号输入的控制器创建4至20 ma电流环路电路。
24 vac 变压器为控制器和 bapi vc350a 电流环路电源供电（未显示变压器的初级高压接线）。vc350a 应尽可能靠近控制器安装。vc350a 的正输出通过电缆连接到变送器的红色或正极端子。变送器的黑色或信号端子连接到控制器的模拟输入。
负载电阻从模拟输入端连接到地。如果控制器的模拟输入配置为0-5 vdc，则负载电阻应为250ω。信号电压在 4 ma 时为 1 伏，在 20 ma 时为 5 伏。如果控制器的模拟输入配置为0-10 vdc，则负载电阻应为500ω。信号电压在 4 ma 时为 2 v，在 20 ma 时为 10 v。
在上面的回路示意图中，bapi传感器正在测量外部空气的湿度。ddc 控制器位于地下室，而湿度传感器位于屋顶。两者通过 1，600 英尺的 22 号双绞线连接。
控制器没有外围电源或专用的 4 至 20 ma 输入。因此，需要外部电源和负载电阻。4 至 20 ma 变送器是上面提到的 bapi 传感器，而电流环路电源是设置为 24 vdc 的 bapi vc350a 电压转换器。
线电阻1，600 英尺的 22 号双绞线实际上是 3，200 英尺长——1，600 英尺外和 1，600 英尺后。上一页的电阻图显示，铜线在20°c时每1，000英尺的电阻为16.14ω。因此，3，200 英尺电线在 20°c 时的电阻为：
3，200 英尺 x 16.14 ω/1，000 英尺 = 51.65ω。
电线在没有空调的设备轴中运行。设备轴永远不会低于 32°f （0°c），但在夏天它们可能会变得高达 140°f （60°c）。铜的温度系数为每摄氏度+0.393%。这意味着如果温度升高 1°c，电阻将增加 0.393%。上图中的导线在20°c时的总电阻为51.65ω，因此60°c时电阻的增加等于：
（60°c-20°c） x 0.00393/°c x 51.65ω = 8.12ω
将此增加与原始阻力相加等于：
8.12ω + 51.65ω = 59.77ω
3，200英尺导线在140°f时的电阻从51.65ω增加到59.77ω，增加了16%。
环路周围的压降为了正确设计4至20 ma电流环路，需要在最大电阻和最大信号电流20 ma下计算环路周围的压降，并在最小电阻和最小信号电流4 ma下再次计算。
导线的最大电阻（60°c）为59.77ω。将其乘以最大信号电流 20 ma，导线的压降等于：
59.77ω x 0.02a = 1.195 v
bapi 湿度变送器在 20 ma 时压降至少为 15 v，而 250ω 控制器电阻在 20 ma 时压降 5 v。将所有压降相加等于：
1.195 + 15 + 5 = 21.195 伏
电源设置为 24 伏。额外的 2.805 伏特去哪儿了？它落在发射器上。所有未通过电线或控制器电阻压降的电压都会压降到变送器本身。
因此，在最大信号电流为 20 ma 时，发射器上的总压降为 17.802 伏（24 伏 – 1.195 伏 – 5 伏 = 17.802 伏）。让发射器比其最低额定值（15 伏）多降几伏只是很好的工程实践。它可以在连接氧化和老化时保护电流环路的完整性。
还必须在最小电阻和最小信号电流4 ma下计算压降，以确保不会要求变送器压降超过其最大额定值。
运行铜线的设备轴可能低至 0°c。铜的温度系数为每摄氏度+0.393%，因此下降1°c将使电阻降低0.393%。图2原理图中的导线在20°c时的总电阻为51.65ω，因此0°c时的电阻下降等于：
（0°c-20°c） x 0.00393/°c x 51.65ω = -4.06ω
从原始阻力中减去这个等于;
51.65ω – 4.06ω = 47.59ω
导线的最小电阻（0°c）为47.59ω。将其乘以 4 ma 的最小信号电流，导线的压降等于：
47.59ω x 0.004a = 0.19 v
湿度变送器至少压降 15 伏，而 250 ω 控制器电阻在 4 ma 时压降 1 伏。将所有压降相加等于：
0.19 + 15 + 1 = 16.19 伏
将电源设置为 24 伏时，发射器下降 22.81 伏（24 伏 – 0.19 伏 – 1 伏 = 22.81 伏）。bapi 湿度变送器的最大额定电压降为 24 伏。因此，变送器两端的压降接近其最大规格，但在最小电阻和最小信号电流下仍处于公差范围内。
一些可编程逻辑控制器具有高达36vdc的电源，允许非常长的电流环路。在上面的例子中，36vdc电源会在变送器上产生高于其最大额定值的压降。使用36vdc电源的唯一方法是在环路中放置一两个电阻以消耗额外的电压。只要确保不要在低端过火，否则您将无法达到 20 ma 信号点。一个 50ω 电阻在 20 ma 时会压降 1 v，在 4 ma 时会压降 0.2 v。
3线制变送器电流环bapi的一些电流发射器是三线设备，而不是两线设备。三线制变送器与两线制变送器明显不同。三线制变送器从系统电源消耗的电流将超过20 ma信号电流，因为变送器本身需要一些电流才能工作。
在上面的环路示意图中，bapi-stat房间传感器正在测量房间的温度。bapi-stat本身需要10 ma电流才能工作。因此，当信号电流（白线）为4 ma时，来自电源的总电流为14 ma。当信号电流为20 ma时，来自电源的总电流为30 ma。
计算这种三线制发送器环路的压降与计算两线制环路不同。在三线环路中，电源正极（+）导线的总电流流过它，而4至20 ma信号线只有信号电流流过它。因此，需要计算两个单向压降;一个是电源线电压降，第二个是信令线压降。由于每根导线中的电流不同，因此压降分别确定，然后相加。
由于bapi-stats测量占用的空间，因此无需计算由于温度波动大而导致的接线电阻。只需使用 20°c （68°f） 电阻即可。如果 bapi-stat 距离使用 22 号线的控制器 250 英尺，并且信号电流为 20 ma，则从电源线到 bapi-stat 的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 30ma = 0.12 v
信号线上20 ma时的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 20ma = 0.08 v
250 欧姆接收器电阻在 20 ma 时压降 5 伏，bapi-stat 的最低电压为 15 vdc，因此环路周围的电压为：
0.12 + 0.08 + 5 + 15 = 20.2 vdc
任何大于 20.2 vdc 的系统电源都将允许完全信号。
由于3线制变送器电源引脚上的电压基本上是恒定的，不受信号电流水平的影响，因此不必计算信号电流为4 ma时的压降。只要电源的电压大于20 ma信号电流下环路周围的电压降，并且低于变送器本身的最大额定电压，那么电源电压就设计正确。
3线制变送器，带两个独立的4至20 ma信号bapi-stat还能够提供两个独立的4至20 ma信号。在这种情况下，计算压降并正确调整电源大小与前面的示例非常相似。bapi-stat本身需要10 ma电流才能工作。
因此，当每个信号为4 ma输出时，bapi-stat从系统电源消耗18 ma电流。当每个信号输出为20 ma时，bapi-stat从系统电源消耗50 ma。
在上面的例子中，电源正极（+）线的总电流流过它，而4至20 ma信号线只有信号电流流过它们。与前面的示例一样，有两个单向压降需要计算;一个是电源线压降，第二个是信号线压降。由于每根导线中的电流不同，因此压降分别确定，然后相加。
如果 bapi-stat 距离使用 22 号线的控制器 250 英尺，并且两个信号电流均为 20 ma，则从电源线到 bapi-stat 的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 50ma = 0.20 v
一个通道的20 ma信号电流引起的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 20ma = 0.08 v
第二个信号通道与第一个通道并联，因此不需要将其添加到环路周围的压降中。250 欧姆接收器电阻在 20 ma 时压降 5 伏，bapi-stat 的最低电压为 15 vdc，因此环路周围的电压为：
0.20 + 0.08 + 5 + 15 = 20.28 vdc
任何大于 22.28 vdc 的系统电源都将允许完全信号。
由于3线制变送器电源引脚上的电压基本上是恒定的，不受信号电流水平的影响，因此不必计算信号电流为4 ma时的压降。只要电源电压大于20 ma信号电流下环路周围的压降，并且低于变送器本身的最大额定电压，则电源电压设计正确。
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导线 根据欧姆定律，导线中的压降与流过它的电流成正比，电流 x 电阻等于电压。表1显示了普通导线的电阻。
变送器
变送器消耗 7 至 15 vdc 的环路电压（具体取决于型号）来为自己供电。
负载电阻
最后，控制器的负载电阻将环路电流转换为电压，以便于信号处理。最常见的是使用250欧姆电阻将环路电流转换回电压。在 4 ma 时，一个 250ω 电阻压降 1 v;在 12 ma 时，250 欧姆电阻器压降 3 伏，在 20 ma 时，250 欧姆电阻器压降 5 伏。负载电阻可以是控制器内部或外部。
ansi/isa-50.1-1982（r1992）电子工业过程仪器模拟信号兼容性规定负载电阻应为250ω，而可以使用50至1，000ω的电阻值。要正确设计电流环路，您必须知道控制器电阻的值。
带外部电源和外部电阻的2线变送器许多低成本 hvac/r 控制器不包括专用电源或工厂配置的 4 至 20 ma 信号输入。同时，业内许多最好的传感器仅提供4至20 ma输出。下一页的图2显示了如何为没有专用电源或4至20 ma信号输入的控制器创建4至20 ma电流环路电路。
24 vac 变压器为控制器和 bapi vc350a 电流环路电源供电（未显示变压器的初级高压接线）。vc350a 应尽可能靠近控制器安装。vc350a 的正输出通过电缆连接到变送器的红色或正极端子。变送器的黑色或信号端子连接到控制器的模拟输入。
负载电阻从模拟输入端连接到地。如果控制器的模拟输入配置为0-5 vdc，则负载电阻应为250ω。信号电压在 4 ma 时为 1 伏，在 20 ma 时为 5 伏。如果控制器的模拟输入配置为0-10 vdc，则负载电阻应为500ω。信号电压在 4 ma 时为 2 v，在 20 ma 时为 10 v。
在上面的回路示意图中，bapi传感器正在测量外部空气的湿度。ddc 控制器位于地下室，而湿度传感器位于屋顶。两者通过 1，600 英尺的 22 号双绞线连接。
控制器没有外围电源或专用的 4 至 20 ma 输入。因此，需要外部电源和负载电阻。4 至 20 ma 变送器是上面提到的 bapi 传感器，而电流环路电源是设置为 24 vdc 的 bapi vc350a 电压转换器。
线电阻1，600 英尺的 22 号双绞线实际上是 3，200 英尺长——1，600 英尺外和 1，600 英尺后。上一页的电阻图显示，铜线在20°c时每1，000英尺的电阻为16.14ω。因此，3，200 英尺电线在 20°c 时的电阻为：
3，200 英尺 x 16.14 ω/1，000 英尺 = 51.65ω。
电线在没有空调的设备轴中运行。设备轴永远不会低于 32°f （0°c），但在夏天它们可能会变得高达 140°f （60°c）。铜的温度系数为每摄氏度+0.393%。这意味着如果温度升高 1°c，电阻将增加 0.393%。上图中的导线在20°c时的总电阻为51.65ω，因此60°c时电阻的增加等于：
（60°c-20°c） x 0.00393/°c x 51.65ω = 8.12ω
将此增加与原始阻力相加等于：
8.12ω + 51.65ω = 59.77ω
3，200英尺导线在140°f时的电阻从51.65ω增加到59.77ω，增加了16%。
环路周围的压降为了正确设计4至20 ma电流环路，需要在最大电阻和最大信号电流20 ma下计算环路周围的压降，并在最小电阻和最小信号电流4 ma下再次计算。
导线的最大电阻（60°c）为59.77ω。将其乘以最大信号电流 20 ma，导线的压降等于：
59.77ω x 0.02a = 1.195 v
bapi 湿度变送器在 20 ma 时压降至少为 15 v，而 250ω 控制器电阻在 20 ma 时压降 5 v。将所有压降相加等于：
1.195 + 15 + 5 = 21.195 伏
电源设置为 24 伏。额外的 2.805 伏特去哪儿了？它落在发射器上。所有未通过电线或控制器电阻压降的电压都会压降到变送器本身。
因此，在最大信号电流为 20 ma 时，发射器上的总压降为 17.802 伏（24 伏 – 1.195 伏 – 5 伏 = 17.802 伏）。让发射器比其最低额定值（15 伏）多降几伏只是很好的工程实践。它可以在连接氧化和老化时保护电流环路的完整性。
还必须在最小电阻和最小信号电流4 ma下计算压降，以确保不会要求变送器压降超过其最大额定值。
运行铜线的设备轴可能低至 0°c。铜的温度系数为每摄氏度+0.393%，因此下降1°c将使电阻降低0.393%。图2原理图中的导线在20°c时的总电阻为51.65ω，因此0°c时的电阻下降等于：
（0°c-20°c） x 0.00393/°c x 51.65ω = -4.06ω
从原始阻力中减去这个等于;
51.65ω – 4.06ω = 47.59ω
导线的最小电阻（0°c）为47.59ω。将其乘以 4 ma 的最小信号电流，导线的压降等于：
47.59ω x 0.004a = 0.19 v
湿度变送器至少压降 15 伏，而 250 ω 控制器电阻在 4 ma 时压降 1 伏。将所有压降相加等于：
0.19 + 15 + 1 = 16.19 伏
将电源设置为 24 伏时，发射器下降 22.81 伏（24 伏 – 0.19 伏 – 1 伏 = 22.81 伏）。bapi 湿度变送器的最大额定电压降为 24 伏。因此，变送器两端的压降接近其最大规格，但在最小电阻和最小信号电流下仍处于公差范围内。
一些可编程逻辑控制器具有高达36vdc的电源，允许非常长的电流环路。在上面的例子中，36vdc电源会在变送器上产生高于其最大额定值的压降。使用36vdc电源的唯一方法是在环路中放置一两个电阻以消耗额外的电压。只要确保不要在低端过火，否则您将无法达到 20 ma 信号点。一个 50ω 电阻在 20 ma 时会压降 1 v，在 4 ma 时会压降 0.2 v。
3线制变送器电流环bapi的一些电流发射器是三线设备，而不是两线设备。三线制变送器与两线制变送器明显不同。三线制变送器从系统电源消耗的电流将超过20 ma信号电流，因为变送器本身需要一些电流才能工作。
在上面的环路示意图中，bapi-stat房间传感器正在测量房间的温度。bapi-stat本身需要10 ma电流才能工作。因此，当信号电流（白线）为4 ma时，来自电源的总电流为14 ma。当信号电流为20 ma时，来自电源的总电流为30 ma。
计算这种三线制发送器环路的压降与计算两线制环路不同。在三线环路中，电源正极（+）导线的总电流流过它，而4至20 ma信号线只有信号电流流过它。因此，需要计算两个单向压降;一个是电源线电压降，第二个是信令线压降。由于每根导线中的电流不同，因此压降分别确定，然后相加。
由于bapi-stats测量占用的空间，因此无需计算由于温度波动大而导致的接线电阻。只需使用 20°c （68°f） 电阻即可。如果 bapi-stat 距离使用 22 号线的控制器 250 英尺，并且信号电流为 20 ma，则从电源线到 bapi-stat 的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 30ma = 0.12 v
信号线上20 ma时的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 20ma = 0.08 v
250 欧姆接收器电阻在 20 ma 时压降 5 伏，bapi-stat 的最低电压为 15 vdc，因此环路周围的电压为：
0.12 + 0.08 + 5 + 15 = 20.2 vdc
任何大于 20.2 vdc 的系统电源都将允许完全信号。
由于3线制变送器电源引脚上的电压基本上是恒定的，不受信号电流水平的影响，因此不必计算信号电流为4 ma时的压降。只要电源的电压大于20 ma信号电流下环路周围的电压降，并且低于变送器本身的最大额定电压，那么电源电压就设计正确。
3线制变送器，带两个独立的4至20 ma信号bapi-stat还能够提供两个独立的4至20 ma信号。在这种情况下，计算压降并正确调整电源大小与前面的示例非常相似。bapi-stat本身需要10 ma电流才能工作。
因此，当每个信号为4 ma输出时，bapi-stat从系统电源消耗18 ma电流。当每个信号输出为20 ma时，bapi-stat从系统电源消耗50 ma。
在上面的例子中，电源正极（+）线的总电流流过它，而4至20 ma信号线只有信号电流流过它们。与前面的示例一样，有两个单向压降需要计算;一个是电源线压降，第二个是信号线压降。由于每根导线中的电流不同，因此压降分别确定，然后相加。
如果 bapi-stat 距离使用 22 号线的控制器 250 英尺，并且两个信号电流均为 20 ma，则从电源线到 bapi-stat 的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 50ma = 0.20 v
一个通道的20 ma信号电流引起的压降为：
16.14ω x （250ft/1000ft） x 20ma = 0.08 v
第二个信号通道与第一个通道并联，因此不需要将其添加到环路周围的压降中。250 欧姆接收器电阻在 20 ma 时压降 5 伏，bapi-stat 的最低电压为 15 vdc，因此环路周围的电压为：
0.20 + 0.08 + 5 + 15 = 20.28 vdc
任何大于 22.28 vdc 的系统电源都将允许完全信号。
由于3线制变送器电源引脚上的电压基本上是恒定的，不受信号电流水平的影响，因此不必计算信号电流为4 ma时的压降。只要电源电压大于20 ma信号电流下环路周围的压降，并且低于变送器本身的最大额定电压，则电源电压设计正确。
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