工程设计中仪表电缆线芯截面积与最大敷设长度的计算.pdf

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化工自动化及仪表
第38卷
工程设计中仪表电缆线芯截面积与
最大敷设长度的计算
安邦
(中国石油工程建设公司北京设计分公司,北京100101
摘耍针对仪表电缆线芯裁面积选择不当造成的材料浪或仪表故障,给出常见热电偏、热电阻、4?
20mA回路、开关量和仪表供电5种类型仪表回路的电缆缄芯面积与最大敷设长度之间的计算方法及
结果。
关键词仪电缆线芯截面积數设长度阻抗电流电压计算
中图分类号TH86
文献标识码A
文章编号1000-3932(2011)05-061605
在工程设计中,由于仪表电缆线芯截面积选
择不当,会造成两种截然不同的现象:一种是线芯
ApB,4り
截面积太小或电缆敷设太长,致使仪表电缆的阻式中EA4,Ea偶丝A,B在温差な-t
抗过大,造成现场和检测仪表故障;另一种是设计
时产生的电势;
太保守,选用的电缆线芯截面积太大,造成材料浪
A1,03B1,
-补偿导线A1,B,在温差
费。如何根鋸不同的敷设长度选择合适的电缆截
to时产生的电势;
面积,笔者针对热电偶、热电阻、4~20mA回路
一热电偶在温差-1时
开关量和仪表供电等最常见的5种仪表回路的部
产生的电势
分常用仪表,探讨线芯截面积与最大敷设长度之
E
A1B中与,り
补偿电缆在温差
间的关系。
时产生的电势。
1仪表回路最大允许电阻
由式(1)可见,热电偶检测回路中测得的热
影响仪表电缆线芯截面积和敷设长度的关键电势是热电偶产生的热电势与补偿电缆产生的热
因素是仪表回路中的电阻,下画分别给出5种仪电势之和。
表回路的最大允许电阻。
根据汤姆逊温差电勢公式和伯尔帖接触电勢
1.1热电偶回路
公式可知,热电势只与导体材料的性质和导体两
热电偶回路检测原理如图1所示。
端的温度以及两种导体接点的温度有关,与导体
长度、截面大小及沿导体长度上温度的分布无
关叫。但技术人员只能通过仪表测量显示得知检
测端电势,因此热电偶测量回路的最大允许电阻
由测量仪表的类型和内部电路决定。由于各厂家
热电偶测量变送单元的电路不同,且内部电路对
因1热电偶回路检测原理示意图
A、B一热电偶的两根偶丝;A1、B1一补偿导线;
外保密,所以设计人员很难根据电路计算回路的
ー一测量端的温度;
最大允许电阻。有些测量变送单元提供了线路阻
热电偶与补偿导线接点的温度
抗的要求,即要求补偿导线的往复电阻小于1k2,
参考端的温度
测量回路中的电势
如CS3000系统的热电偶输人模块AAT141、
AAT145, Honeywell TPS系统的热电偶输人板卡
图1中A1与A、B1与B的热电特性相近。MC- GRMTO1等,但大部分热电偶测量变送单元提
根据热电偶的中间导体定律和中间温度定律,检
测端电势E的计算式为:
收鹅日期:2011-0302(修改将
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第5期
安邦.工程设计中仪表电缆线芯截面积与最大敷设长度的计算
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供的技术参数中没有对线路阻抗提出要求。
因为齐纳栅上有几十欧姆的线路电阻。隔离栅实
根据现场工程设计经验,对于输入阻抗大于质上是一个测量变送单元,对线路电阻的要求亦
1M2的测量变送单元,只要测量回路上的电阻小受其恒流源负载能力的限制。
于1kΩ,就能保证仪表回路正常工作。因此,隔燥1.34~20mA回路
和非防爆热电偶测量回路补偿导线的往复电阻应
4~20mA信号是目前使用最普遍的仪表信
小于1k2;配置齐纳栅的本安回路补偿导线的往号,其仪表类型种类繁多,也最复杂。图3为分别
复电阻应小于1k2减去齐纳栅的端端电阻(端端
采用4~20mA信号的隔爆/非防爆测量回路、配
电阻可从安全栅样本上查得);配置隔离栅的本齐纳栅测量回路以及配隔离栅测量回路的原理
安回路,因隔离栅实质上就是一个测量变送单元,
图
故只要补偿导线的往复电阻小于1k就能保证
回路正常工作。
4-20m
1.2热电阻回路
次V
仪C
热电阻回路检测原理图如图2所示。
表
次仪表
a.爆、非防爆
流源
二次仪表
次仪表
b.齐纳
图2热电阻回路检测原理示意图
R一一热电阻;RL一线路等效电阻;
电流;1、U2图示各端点之间的电压
二次仪表
次仪表
则根据欧姆定律可知
c.隔离
1=/(R+2R1)
图34~20mA回路测量原理示意图
联立式(2)、(3)可得:
R一一仪表电缆等效电阻;R1一齐纳栅端端电阻
R=(1ー2U2)/
次仪表最低正常工作电压
可见,只要保证恒流源电流稳定,导线电阻对
图3a中V为加载到测量回路上的电源电压;
测量结果就没有影响。但实际工程中,恒流源只图3b中V为隔离栅对变送器的驱动电压:图3e
能在其负载能力范同内オ能保证输出电流恒定,中V为电源电压减去齐纳栅的开启电压。另外有
因此回路电阻也有限制,各厂家的测量变送单元些带ART通信协议的仪表,其最低正常工作电
所用元器件不同,对回路电阻的限制也不同,如压高于不带HART协议时仪表的电压。
CS3000系统热电阻输入模块AAR181要求线路
常见仪表一般选取20~23mA之间的一个电
电阻小于402, Honeywell TPS热电阻输人板卡流值作为报警信号,所以回路最大电流不是
MU- PLAMO2要求线路电阻小于1592。
20mA,而是23mA。根据欧姆定律,3种回路的电
般热电阻测量变送单元都会提供对线路阻缆线路最大允许电阻分别为:
抗的要求,如果工程设计中无法査到该技术指标,
R=43.5(V-V1)-250
笔者建议如下:
R=43.5(VーV1)-R1-250
a.P1l00热电阻的线路电阻只要小于100,
R=43.5(V-V,)
现在普遍使用的热电阻温度变送器、各DCS热电
例如在差压测量回路中变送器选用ABB265,
阻输入回路均能正常工作;
其最低正常工作电压为14V,回路配P+F齐纳栅
b.配置齐纳栅的本安回路,如果无法査到测Z787.H,其端端电阻为250+25=2759;787.H
量变送单元对线路电阻的要求,建议改用隔离栅,的开启电压为0.9v,则加载到测量回路上的电源
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