热工控制仪表模似信号标准化（三）

五、直流电压信号

应用电压信号作为联络信号时，如一个发送仪表的 输出电压要同时输送给几个接收仪表，则几台接收仪表应并联连接，如图3-2所示。在并联连接时，由于并联仪表的输人阻抗r_i不是无限大，信号电压U₀将在发送仪表内阻r₀及导线电阻R_cm上减弱?U，从而造成信号传输误差ε，所以有

为减小此误差，一般要满足条件，此时式（3-3)变为

由式（3-4)可以看出以下两点：

(1) 为减小传输误差，要求发送仪表内阻r₀及导线电阻R_cm足够小。若远距离传输电压信号，则增大了R_cm势必对接收仪表电阻r_i提出过高的要求，而输入阻抗高将易于引入干扰，因此电压信号不适于作远距离传输的信号。

(2) 接收仪表输入阻抗越高，误差越小。当并接的仪表较多时，相当于总的输入阻抗减小，误差增大，因此并接的仪表越多，要求每个仪表的输人阻抗就越大。

用电压作为联络信号时，由于仪表是并联连接，其主要优点是：在设计安装上比较简单；增加或取消某个仪表不会影响其他仪表工作；对仪表输出级的耐压要求可以降低，从而提高了仪表的可靠性。

必须指出，用电压传送信息的并联方式要求各个仪表的输人阻抗高，以免从信号源取出 的电流在导线上形成压降而引起误差.这一点对于DDZ-III系列仪表就不成问题，因为它是 以集成电路运算放大器为主要器件构成的，这类器件的输人阻抗远远高于分立元件晶体管。

考虑到电流传输适合于远距离对单个;^表传递信息，电压传输适合于把同一信息送到并联的多个仪表上，两者结合，取长补短，在工业生产现场和控制室之间采用电流传输，到了控制室以后再改用电压传输到各个仪表，这样就两全其美了。

虽然在《工业自动化仪表用模拟直流电流信号(GB 3369—1989)中规定了电流的信 号范围为4?20mA，但在具体应用中，这个电流信号主要是在控制室外与变送器、执行器相连时应用。在控制室内，各仪表之间的互相联络（交换信息）都采用直流电压1?5V。

由以上分析可见，电流信号传输与电压信号传输各有特点，电流信号适于远距离传输， 电压信号使仪表可采用“并联制”连接。因此在国外的电动仪表系统以及我国的DDZ-III型 仪表中，进出控制室的传输信号采用电流信号，控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号，即连线的特点是电流传输、并联接收电压信号的方式。

六、信号上下限大小的比较

表3-2中，传输信号的下限值（“零点”）电流不一样，序号1規定为4mA，序号2规 定为0mA。后者称为“真零”信号，前者称为*•活零"信号。

信号下限值从零开始，便于进行模拟量的加、减、乘、除、开方等数学运算。“真零” 信号最为直观，处理起来十分方便。但是它难以区别正常情况下的下限值和电路故障（例如断线），容易引起误解或误操作。“活零”信号在正常的下限值时是4mA，一旦出现0mA，肯定是发生了断线、短路或是停电，能及时发现故障.对生产安全极为有利。

采用“活零”信号不但为两线制变送器创造了工作条件，而且还能避开晶体管特性曲线 的起始非线性，这也是4?20mA信号比0?10mA信号优越之处。

在运算处理“活零”信号之前，要先把对应于零点的信号值减掉，运算完的结果还要把 零点信号加上去。这固然不甚方便，但在广泛应用运算放大器和微处理机的仪表里，减或加某个常数（相当于电压1V）是非常容易的，所以采用“活零”信号也就不成问题了。

信号电流范围的上限值受到电路功率的限制，不宜过大，以免输出电路的设计和器件选 择不便。况且信号电流过大还容易使导线和元器件发热，不利于安全防爆。国外的电动仪表，一般信号的上限值都不超过50mA。从减小直流电流信号在传输线中的功率损失和减小仪表体积，以及提高仪表的防爆性能等方面看，希望电流信号的上限值小些好。但是，信号上限值选得过小也不好，因为微弱信号易受干扰，而且要求接收的仪表有较高的灵敏度，这就给仪表的输入和放大电路带来了设计上的困难。

    当确定采用“活零”信号后，上限值与下限值之比最好是5 : 1，以便与气动模拟信号 的上下限有同样的比值，这样，电流信号和气压信号就有一一对应的关系，容易相互换算。所以，我国规定的4?20mA及其辅助联络信号1?5V和20?100kPa具有同样的上下限比值。

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