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4–20 mA 루프 송신기

산업용 센서 송신기의 4~20mA 전류 루프 전압 예산, 전류로부터 센서 값 및 최대 루프 저항을 계산합니다.

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공식

I = 4 + 16 × (X − X_min)/(X_max − X_min) mA

I — Loop current (mA)
X — Process variable (eng units)

작동 방식

4—20mA 전류 루프는 산업 공정 제어 센서 전송의 주요 표준입니다.트랜스미터는 프로세스 변수 (압력, 온도, 유량, 레벨) 를 4~20mA 범위의 비례 전류로 변환합니다.전류는 직렬 루프의 어느 곳에서나 일정하기 때문에 (전압 신호와 달리) 케이블을 길게 이어도 전압 강하에 영향을 받지 않습니다.라이브 제로 (0mA가 아닌 0 입력에서 4mA) 를 사용하면 진정한 제로 판독이 아닌 끊어진 전선 (0mA) 을 감지할 수 있습니다.매핑은 선형입니다. I = 4 + 16 × (X − x_min)/(X_max − X_min) mA, 여기서 X는 공정 변수입니다.수신기는 ADC 입력의 부하 저항 (일반적으로 250Ω, 1—5V 제공) 에서 전류를 전압으로 변환합니다.전압 예산에는 V_공급 ≥ V_송신기_최소 + I × R_loop_Total이 필요합니다.공급 전압이 24V이고 최소 송신기 전압이 12V인 경우 최대 루프 저항은 (24 − 12) /0.02 = 600Ω으로, 최대 300m의 24AWG 케이블에 충분합니다.HART (고속도로 주소 지정 가능 원격 변환기) 프로토콜은 프로세스 신호를 방해하지 않으면서 4~20mA 전류에 ±0.5mA FSK 신호를 중첩하므로 디지털 구성 및 진단이 가능합니다.

계산 예제

문제: 압력 트랜스미터가 0-500kPa (4—20mA) 로 교정되었습니다.PLC 입력은 250Ω 버든 저항을 사용합니다.24V 전원 공급 장치는 120m의 22AWG 케이블 (0.054Ω/m × 2 = 10.8Ω) 에 전원을 공급합니다.200kPa에서의 송신기 전압은 얼마입니까?
해결 방법:
1.200kPa에서의 루프 전류: I = 4 + 16 × (200/500) = 4 + 6.4 = 10.4mA
2.루프 저항: R_루프 = 250 (버든) + 10.8 (케이블) = 260.8 Ω
3.루프 전반의 전압: V_루프 = 10.4×10³ × 260.8 = 2.71V
4.송신기 전압: V_tX = 24 − 2.71 = 21.29V (최소 12V보다 훨씬 높음 ✓)
5.ADC 입력: V_ADC = 10.4×10³ × 250 = 2.60V → 200kPa
결과: 200kPa에서 10.4mA, ADC에서 2.60V, 송신기에 21.3V를 사용할 수 있습니다.

실용적인 팁

  • ✓전체 차폐 기능이 있는 24AWG 또는 더 무거운 트위스트 페어 케이블을 4-20mA 실행에 사용하십시오. 접지 루프 전류를 피하려면 실드의 한쪽 끝만 접지하십시오.
  • ✓과도 보호 다이오드 (예: 1N4007) 를 부하 저항과 병렬로 추가하여 케이블 단선으로 인한 유도 스파이크를 차단합니다.
  • ✓HART 지원 송신기의 경우 HART 통신을 위한 최소 부하는 230Ω입니다. HART FSK 신호가 감지될 수 있도록 항상 최소 250Ω 부하를 사용하십시오.

흔한 실수

  • ✗여러 수신기를 직렬로 연결하고 부하 저항의 합계를 잊어버린 경우 - 250Ω 입력 2개를 직렬로 연결하면 총 부하가 500Ω이 되어 최대 케이블 저항 허용치가 절반으로 줄어듭니다.
  • ✗4mA 전류를 '결함' 감지 대신 '0'에 사용 — 4mA는 프로세스 입력이 0임을 나타냅니다. 진정한 와이어 브레이크는 오류 표시인 0—1mA를 출력합니다.
  • ✗루프 양단의 전압계로 4—20mA 측정 — 알려진 부하 저항을 기준으로 측정해야 합니다. 루프 개방 회로 전압을 측정하면 신호가 아닌 공급 전압이 나옵니다.

자주 묻는 질문

4mA 라이브 제로는 세 가지 용도로 사용됩니다. 하나는 2선식 송신기에 전원을 공급하고 (트랜스미터는 작동 시 루프에서 최소 4mA를 소모함), 배선 결함으로부터 진정한 영점 판독을 구별하며 (0—1mA는 개방 회로 또는 단락된 송신기를 나타냄), 별도의 전원 배선 없이 단일 24V 공급 장치로 송신기를 사용할 수 있도록 합니다.
케이블 저항과 필요한 송신기 전압에 따라 다릅니다.24V 전원 공급, 250Ω 부하 및 12V의 최소 송신기 전압 사용 시 최대 외부 저항은 (24 − 12) /0.02 = 600Ω 입니다.250Ω 부하를 빼면 케이블의 경우 350Ω이 남습니다.22AWG의 경우 0.11Ω/m의 속도로 350/0.11 = 3180m의 케이블을 사용할 수 있습니다.케이블이 양호할 경우 실제 한도는 일반적으로 1000~1,500m입니다.
HART는 벨 202 변조 (마크 = 2200Hz, 스페이스 = 1200Hz) 를 사용하여 1200bps의 속도로 ±0.5mA FSK 신호를 4—20mA DC 전류로 변조합니다.AC 성분의 평균값은 0이므로 프로세스 변수 판독값은 영향을 받지 않습니다.230Ω 이상의 부하 저항은 전류 변조를 HART 모뎀이 감지하고 복조할 수 있는 전압으로 변환합니다.

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