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4到20ma转换压力 公式 4到20mA是一种常用的电流信号传输方式，广泛应用于工业自动化控制系统中。而在工业控制系统中，常常需要将压力信号转换为4到20mA的电流信号进行传输和处理。 今天利又德的小编就介绍4到20mA转换压力的原理和公式，并探讨其在工业控制系统中的应用。 在工业控制系统中，压力传感器是常用的传感器之一。压力传感器能够将压力信号转换为电信号，并通过各种信号输出方式传输给控制系统。 而4到20mA电流信号是较为常见的一种输出方式，具有稳定性好、抗干扰能力强等优点， 因此在工业控制系统中被广泛应用。 为了将压力转换为4到20mA的电流信号，需要使用一个压力变送器。 压力变送器是一种能够将压力信号转换为电流信号的装置。 在压力变送器中，通常采用 电阻和电流源的组合来实现信号的转换 。其中，电阻和电流源的大小和比例决定了电流信号的大小和范围。 根据欧姆定律，电流等于电压除以电阻，即I=U/R。在4到20mA的范围内，电流的最小值为4mA，最大值为20mA。 因此，需要根据具体的压力范围和转换要求来确定电阻的取值。 假设我们需要将0到10 bar的压力信号转换为4到20mA的电流信号。首先，需要确定最小压力对应的电流信号，即0 bar对应4mA的电流。根据欧姆定律，可得U=I*R，即0.004A*R=U。假设电流源的电阻为250欧姆，则U=0.004A*250Ω=1V。因此，当压力为0 bar时，电压信号为1V。 接下来，需要确定最大压力对应的电流信号，即10 bar对应20mA的电流。同理可得U=0.02A*R，即0.02A*R=U。仍然假设电流源的电阻为250欧姆，则U=0.02A*250Ω=5V。因此，当压力为10 bar时，电压信号为5V。 将0到10 bar的压力信号转换为4到20mA的电流信号，需要将压力变送器的输出电压范围设定为1V到5V。通过电阻和电流源的组合，可以根据欧姆定律实现压力信号到电流信号的转换。 在工业控制系统中，4到20mA电流信号的转换压力方式具有许多优点。首先，4到20mA电流信号的范围较大，可以覆盖较广的压力范围。其次，电流信号的稳定性较好，能够抵抗较强的干扰。此外，电流信号具有线性关系，易于传输和处理。 在实际应用中，4到20mA电流信号转换压力的方式可以应用于许多场景。例如，在工业生产中，可以通过4到20mA电流信号实时监测设备的压力变化，及时采取控制措施，保证生产过程的稳定性和安全性。同时，4到20mA电流信号也可以与其他传感器的信号进行联动，实现多参数的同时监测和控制。 4到20mA电流信号转换压力是工业控制系统中常用的一种信号传输方式。通过适当的电阻和电流源的组合，可以将压力信号转换为4到20mA的电流信号。这种方式具有稳定性好、抗干扰能力强等优点，在工业控制系统中有着广泛的应用前景。 为什么变送器选择4~20mA.DC作传送信号？ 工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。 工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。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。 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。 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2mm2 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。

一、变送器无输出 1:查看变送器电源是否接反； 解决办法: 把电源极性接正确 。 2:测量变送器的供电电源，是否有24V直流电压； 解决办法: 必须保证供给变送器的电源电压≥12V（即变送器电源输入端电压≥12V）。如果没有电源，则应检查回路是否断线、检测仪表是否选取错误（输入阻抗应≤250Ω）等等。 3:如果是带表头的，检查表头是否损坏（可以先将表头的两根线短路，如果短路后正常，则说明是表头损坏）； 解决办法: 表头损坏的则需另换表头。 4:将电流表串入24V电源回路中，检查电流是否正常； 解决办法: 如果正常则说明变送器正常，此时应检查回路中其他仪表是否正常。 5:电源是否接在变送器电源输入端； 解决办法: 把电源线接在电源接线端子上。 二、变送器输出≥20mA 1: 变送器电源是否正常 解决办法: 如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（ 0.02A） Ω 2:实际压力是否超过压力变送器的所选量程； 解决办法: 重新选用适当量程的压力变送器。 3:压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。 解决办法: 需发回生产厂家进行修理。 4:接线是否松动； 解决办法: 接好线并拧紧 5:电源线接线是否正确 解决办法: 电源线应接在相应的接线柱上 三、变送器输出≤4mAOutput≤4mA 1:变送器电源是否正常 解决办法: 如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（ 0.02A） Ω 2:实际压力是否超过压力变送器的所选量程； 解决办法: 重新选用适当量程的压力变送器 3.压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。 解决办法: 需发回生产厂家进行修理。 四、压力指示不正确Wrong indication 1: 变送器电源是否正常 解决办法: 如果小于12VDC，则应检查回路中是否有大的负载，变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（ 0.02A） Ω 2: 参照的压力值是否一定正确 解决办法: 如果参照压力表的精度低，则需另换精度较高的压力表。 3: 压力指示仪表的量程是否与压力变送器的量程一致 解决办法: 压力指示仪表的量程必须与压力变送器的量程一致 4:压力指示仪表的输入与相应的接线是否正确 解决办法: 压力指示仪表的输入是4~20mA的，则变送器输出信号可直接接入；如果压力指示仪表的输入是1~5V的则必须在压力指示仪表的输入端并接一个精度在千分之一及以上、阻值为250Ω的电阻，然后再接入变送器的输入。 5:变送器负载的输入阻抗应符合RL≤（变送器供电电压-12V）/（ 0.02A） Ω 解决办法: 如不符合则根据其不同可采取相应措施：如升高供电电压（但必须低于36VDC）、减小负载等 6:多点纸记录仪没有记录时输入端是否开路； 解决办法: 如果开路则： 不能再带其他负载； 改用其他没有记录时输入阻抗≤250Ω的记录仪。 7:相应的设备外壳是否接地 解决办法: 设备外壳接地 8:是否与交流电源及其他电源分开走线 解决办法: 与交流电源及其他电源分开走线 9:压力传感器是否损坏，严重的过载有时会损坏隔离膜片。 解决办法: 需发回生产厂家进行修理。 10:管路内是否有沙子、杂质等堵塞管道，有杂质时会使测量精度受到影响； 解决办法: 需清理杂质，并在压力接口前加过滤网。 11:管路的温度是否过高，压力传感器的使用温度是-25~85℃，但实际使用时最好在-20~70℃以内。 解决办法: 加缓冲管以散热，使用前最好在缓冲管内先加些冷水，以防过热蒸汽直接冲击传感器，从而损坏传感器或降低使用寿命。 四、常见故障有： 1、压力上去，压力变送器输也上不去:此种情况，先应检查压力接口是否漏气或者被堵住，如果确认不是，检查接线方式，如接线无误再检查电源，如电源正常再察看传感器零位是否有输出，或者进行简单加压看输出是否变化，有变化证明传感器没有损坏，如果无变化传感器即已经损坏。出现这种情况的其他原因还可能是仪表损坏，或者整个系统的其他环节的问题。 2、加压力变送器输出不变化，再加压变送器输出突然变化，泄压变送器零位回不去。 产生此现象的原因极有可能是压力传感器密封圈引起的，在我们的客户使用中碰到过几次。一般是因为密封圈规格原因(太软或太厚)，传感器拧紧时，密封圈被压缩到传感器引压口里面堵塞传感器，加压时压力介质进不去，但是压力是很大时突然冲开密封圈，压力 传感器受到压力而变化，而压力再次降低时，密封圈又回位堵住引压口，残存的压力释放不出，因此传感器零位又下不来。排除此原因的最佳方法是将传感器卸下，直接察看零位是否正常，如果正常更换密封圈再试。 3、变送器输出信号不稳 信号不稳的原因有以下几种 (1)、压力源本身是一个不稳定的压力 (2)、仪表或压力传感器抗干扰能力不强 (3)、传感器接线不牢 (4)、传感器本身振动很厉害 (5)、传感器故障 4、变送器接电无输出 压力变送器可能的原因有： (1)、接错线(仪表和传感器都检查) (2)、导线本身的断路或短路 (3)、电源无输出或电源不匹配 (4)、仪表损坏或仪表不匹配 (5)、传感器损坏 5、变送器与指针式压力表对照偏差大首先，出现偏差是正常的现象其次，确认正常的偏差范围确认正常误差范围的方法： 计算出压力表的误差值例如：压力表量程为 30bar , 精度 1.5%，最小刻度为0.2bar正常的误差为：30bar*1.5%＋0.2*0.5(视觉误差)=0.55 bar 6、压力变送器的误差值。 例如：压力传感器量程为20bar,精度0.5%，仪表精度为0.2%,正常的误差为：20bar*0.5%＋20bar*0.2%=0.18bar整体对照时出现的可能性误差范围应以大误差值的设备的误差范围为准，以上例来说，传感器与变送器偏差值在0.55bar 内可视为正常。 如果偏差非常大，应使用高精度仪表(至少此仪表高于压力表和传感器)进行参照。 7、微差压变送器安装位置对零位输出的影响: 微差压变送器由于其测量范围很小，变送器中传感元件的自重即会影响到微差压变送器的输出，因此在安装微差压变送器出现的零位变化情况属正常情况。安装时应使变送器的压力敏感件轴向垂直于重力方向，如果安装条件限制，则应安装固定后调整变送器零位到标准值。 压力变送器日常维护注意要点 压力传感器使用过程应注意考虑下列情况： 1、变送器上切勿使用高于36v的电压，容易导致损坏。 2、变送器切勿用硬物碰触膜片，会损坏隔膜片。 3、被测介质不能结冰，否则传感器元件隔离膜片容易损伤，导致变送器破坏。 4、在测量蒸汽或其他高温介质时，其温度不应超过变送器使用时的极限温度， 否则必须使用散热装置。 5、在测量蒸汽或其他高温介质时，为使变送器和管道连在一起，应使用散热管， 并使用管道上的压力传至变压器。当被测介质为水蒸气时，散热管中要注入适量 的水，以防过热蒸汽直接与变送器接触，致使损坏传感器。 6、在压力传输过程中，应注意几点：变送器与散热管连接处不可漏气；在打开 阀门时要小心，以免被测介质直接冲击、损坏传感器膜片；必须保持管路畅通, 避免管道中的沉积物弹出并损坏传感器膜片。 维护压力变送器注意事项 1、防止渣滓在导管内沉积和变送器与腐蚀性或过热的介质接触。 2、测量气体压力时，取压口应开在流程管道顶端，并且变送器也应安装在流程 管道上部，以便积累的液体容易注入流程管道中。 3、测量液体压力时，取压口应开在流程管道的侧面，以避免沉积积渣。 4、导压管应安装在温度波动小的地方。 5、测量液体压力时，变送器的安装位置应避免液体的冲击（水锤现象），以免变 送器过压损坏。 6、冬季发生冰冻时，安装在室外的变送器必须采取防冻措施，避免引压口内的 液体因结冰体积膨胀，导致变送器损失。 7、接线时，将电缆穿过防水接头或绕性管并拧紧密封螺帽，以防雨水等通过电 缆渗漏进变送器壳体内。 8、测量蒸汽或其它高温介质时，需接加缓冲管（盘管）等冷凝器，不应使变送 器的工作温度超过极限。

扩散硅压力芯体是制造压力传感器及压力变送器的核心部件，作为一种高性能的敏感元件，可以很方便地进行信号放大处理，装配成标准信号输出的变送器，广泛地用于石油、化工、冶金、电力、电子系统、航天航空、医疗、化工、汽车、机电设备等行业的过程控制。 压力传感器(变送器)扩散硅芯体的技术特点 扩散硅芯体是一种常见的半导体器件结构，具有以下几个优点： 1.高集成度： 扩散硅芯体可以实现高度集成的电路设计，因为它可以在一个单一的硅晶圆上制造多个器件。这样可以大大提高集成电路的功能和性能。 2.抗电击穿性能好： 由于采用了特殊材料和装配工艺，扩散硅传感器不但可以做到130℃正常使用，在强磁场、高电压击穿试验中可抗击1500V/AC电压的冲击。 3.良好的可控性 ：扩散过程可以通过控制扩散深度和浓度来调节器件的电学特性。这种可控性使得扩散硅芯体非常适用于制造各种不同类型的器件，如二极管、晶体管和集成电路等。 4.温度性能好： 随着集成工艺技术进步，扩散硅敏感膜的四个电阻一致性得到进一步提高，原始的手工补偿已被激光调阻、 计算机自动修整技术所替代，传感器的零位和灵敏度温度系数已达10-5/°C数量级，工作温度也大幅度提高。 5.良好的电性能： 扩散硅芯体的器件具有稳定的电学特性和良好的性能表现。它们可以提供较低的电阻、较高的电流传输能力和较低的功耗，使其在各种电子应用中具有广泛的应用前景。 6.精度高： 扩散硅压力传感器的感受、敏感转换和检测三位一体，无机械动件连接转换环节，所以重复性和迟滞误差很小。由于硅材料的刚性好，形变小，因而传感器的线性也非常好，因此综合表态精度很高。 7. 灵敏度高： 扩散硅敏感电阻的灵敏因子比金属应变片高50〜80倍，它的满量程信号输出在80-100mv左右。对接口电路适配性好，应用成本相应较低。由于它输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分辨率极高。 8.频响高： 由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高，一般在50KC。制造过程采用了集成工艺，膜片的有效面积可以很小，配以刚性结构前置安装特殊设计，使传感器频率响应很高，使用带宽可达零频至100千赫兹。 9.耐腐蚀性好： 由于扩散硅材料本身优良的化学防腐性能好，即使传感器受压面不隔离，也能在普通使用中适应各种介质。硅材料又与硅油有良好的兼容性，使它在采用防腐材料隔离时结构工艺更易于实现。加之它的低电压、低电流、低功耗、低成本和本质安全防爆的特点，可替代诸多同类型的同功能产品，具有最优良的性能价格比。 总的来说，扩散硅芯体具有高集成度、良好的可控性、低成本和良好的电性能等优点，使其成为半导体器件制造中常用的工艺之一。 扩散硅压力变送器的工作原理 基于单晶硅的压阻效应，在硅片上某个特定方向上用先进的微机电加工技术制作成弹性部件，在其得当位置用集成电路工艺制作的四个阻值相等的力敏电阻，连接成 Wheatstone（惠斯通）电桥。施加一个恒向电压（电流）给电桥，被测压力通过密封在测量膜盒中的硅油无损耗的传递到硅片上，变送器就输出与待测压力成线性比例的电压信号，然后通过电子线路把这一电压信号放大并转换成二线制的标准信号。 扩散硅压力芯体的内部结构 下面利又德小编来说说扩散硅压力芯体的内部结构。扩散硅压力芯体是由补偿板、钢珠、底座、O型圈、芯片、陶瓷垫、膜片、压环、硅油等组成。 如图上所示结构，每一部分都有相对应的作用与特点 补偿板：信号放大 钢珠：封油 底座：压力传感器的载体 O型圈：密封 芯片：感受压力 陶瓷垫：填充 膜片：接触测量的液体或是气体 压环：把膜 片焊接到底座上 硅油：传导压力

随着物联网时代的到来，现代信息技术快速发展，其中包含了计算机技术、通信技术和传感器技术等，计算机相当于人类的大脑，通信技术类似人体的神经，而传感器就等同于人的感觉器官。从广义上说， 传感器就是一种能够感知外界信息，并将这些信息按照一定的规律转换成可用的电信号或其他形式的输出信号的装置，达到对信息的传输、存储、记录和控制等目的。 我们可以将传感器看成是一个数据采集终端，其本身就是一个小的、自组织的通信子系统，其中包含两个通信， 一是传感器和被传感对象之间的通信，二是传感器把收集到的传感对象的信息，传递给对大量的传感器进行汇集的设备。 传感器由敏感元件、转换元件、转换电路和辅助电源四个部分组成。 敏感元件是传感器中直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件是传感器中可以将敏感元件输出的信号转换成能够传输和测量的电信号；转换电路将转换元件输出的电信号转换或放大成能够测量的电流、电压；辅助电源对转换元件和转换电路进行供电。 传感器的发展让物体有了类似人类的触觉、嗅觉、视觉、味觉和听觉，让物体变得活起来，是智能设备与外界交互的主要手段。传感器大小不一，种类非常的多，一般常用的传感器可以分为以下几类： 1、压力传感器： 感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号，是工业自控环境中最为常用的一种传感器。 2、温度传感器： 感受温度，并将温度转换成电信号，温度传感器是测量温度仪器的核心。 3、湿度传感器： 感受外界湿度变化，湿敏元件通过物理和化学性质变化，将湿度转换成可输出的电信号。 4、气体传感器： 用来检测气体浓度和气体成分，利用特定的气敏元件同气体接触，造成电阻变化，转换成电压的变化，从而检测特定气体成分或测量其浓度。 5、压阻传感器： 利用单晶硅材料的压阻应变效应，当单晶硅材料受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路得到变化的电信号输出。 6、磁敏传感器： 磁场是看不见、摸不着的，但是它传递着实物之间磁力作用，磁敏传感器利用的是电磁感应的原理，感受外界物体的磁场和磁场强度， 7、光传感器： 把外界光信号或光辐射能转换成电信号，比如红外线传感器、紫外线传感器。 8、运动传感器： 用于运动检测和监测，监测设备的移动，比如晃动、倾斜或者角度变化，通过运动产生电容、电阻或电流的变化，转换成电信号，得到物体运动信号。 9、声音传感器： 声音传感器内部有一个对声音非常敏感的电容式话筒，通过声波让话筒内薄膜振动，引起电容变化，差生变化的电压，电压经过数据转换后，传输给计算机。 传感器的应用范围非常的广，包括电子产品、航空航天、机械设备、环境监测、智慧交通、医疗健康、农林业、消防安全、生产制造、工业控制、智能家居等领域，提高了工作效率和生产质量，促进了企业的规模化生产。 传感器将人与机器相连接，改变了世界运行的方式，随着科技水平的发展，市场需求量的增加，以及国家政策的扶持，传感器正朝着网络化、专业化的方向发展。