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Shenzhen Jiwei Automations Ltd.
深圳计为自动化技术有限公司
简介
4-20mA模拟信号广泛应用于工业自动化领域，凭借其抗干扰性强、适合长距离传输等优势，成为传感器和变送器的标准信号输出方式。本文将简述4-20mA信号的工作原理，并提供常见故障的排查方法，帮助用户快速掌握4-20mA系统的维护与调试技巧。
一. 4-20mA信号的工作原理
1.信号传输：
4-20mA信号的电流范围在4mA至20mA之间，这一范围表示被测物理量的不同值。通常，4mA代表测量范围的最小值，而20mA代表最大值。该电流信号通过电流环传输，一般使用两根电缆。
2.抗干扰能力：
电流信号在传输过程中不容易受到电缆电阻、线缆长度等因素的影响，因此4-20mA信号具有较高的抗干扰能力，适合长距离信号传输。
3.线性转换：
在传感器或变送器中，物理量（如温度、压力等）通过特定的转换机制（如热电偶、压电效应）转换成电流信号。4mA对应于物理量的最小值，20mA对应于最大值，中间的电流变化与物理量成线性关系。
4.远程供电：
在许多应用中，4-20mA信号的传输线不仅传输信号，还为传感器或变送器供电，这种设计被称为二线制电路。它减少了系统的布线复杂度。
二. 4-20mA信号的常见故障及排查方法
1.信号过低或过高
现象：信号电流低于4mA或高于20mA，可能表示传感器或电路出现问题。
排查：
1.使用万用表测量电流，确认电流是否在4-20mA的范围内。
2.检查电缆是否有破损或松动，避免断路或接触不良。
3.核对变送器的校准，确保设备没有因为老化等原因而偏离正常范围。
2.信号波动或不稳定
现象：信号出现频繁波动或不稳定。
排查：
1.确认电源电压是否稳定。
2.检查信号线的接头是否紧固，避免松动。
3.避免强电磁干扰，如果必要可以增加屏蔽层。
3.信号无输出（0mA）
现象：信号输出为0mA，通常表示设备断电或严重故障。
排查：
1.检查传感器和变送器的供电是否正常。
2.用万用表测量信号输出端，排除断线的可能。
3.更换设备进行替换测试，确定故障原因。
4.电流漂移
现象：信号电流发生不规则漂移。
排查：
1.检查接地系统的连接是否良好。
2.确保信号线的长度适中，避免超长引起的信号衰减。
3.检查电缆是否有绝缘损坏或漏电。
5.电流值与物理量不符
现象：变送器的电流信号与实际物理量不匹配。
排查：
1.核对变送器的校准情况，必要时重新标定。
2.确认传感器的工作环境是否在正常范围内。
3.使用标准物理量的测试装置进行对比校准。
6.接线错误
现象：设备无法正常传输信号，甚至可能导致设备损坏。
排查：
1.检查接线图，确保每根线都接在正确的端口。
2.确认多台设备之间的电流环路连接是否正确。
7.设备损坏或故障
现象：设备因故障导致信号异常。
排查：
1.使用替代设备进行替换测试，确认是否设备问题。
2.如果故障设备影响正常运行，建议修理或更换。
总结
4-20mA模拟信号因其抗干扰能力和稳定性，在工业领域中被广泛应用。在进行故障排查时，应从供电、信号线、设备接地等方面入手，逐步排除可能的原因，确保系统稳定可靠地运行。掌握4-20mA信号的原理和排查方法，将有效提高工业系统的维护效率和故障响应速度。
文字丨黄工
图片来源丨华仔，小凯，MJ
封面丨云峰
封面审核丨栗子
文章审核 |黄工、盛工
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