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技術(shù)文章

過程值超出量程或發(fā)生故障,變送器輸出如何表現(xiàn)

閱讀：6發(fā)布時間：2026-8-31

4-20mA是業(yè)界廣泛使用的標準信號，大多數(shù)、PLC和DCS都使用這種信號。

4mA對應于變送器測量范圍的下限值，20mA對應于變送器測量范圍的上限值。變送器輸出電流在4至20mA之間變化，這意味著變送器可以正常工作，并且測量的過程值在測量范圍內(nèi)。

但是，如果過程值超出測量范圍或變送器發(fā)生故障，變送器輸出信號應如何表現(xiàn)？

建議使用Namur NE43，該規(guī)范提供了有關(guān)如何通過4-20mA信號向控制系統(tǒng)指示傳感器故障的指南。因此，Namur NE43定義了正常工作范圍之外的兩個信號區(qū)域：①信號飽和(超出測量范圍)；②硬件故障。

1、信號飽和(超出測量范圍)
當變送器經(jīng)過校準并正常工作時，只要過程條件正常，其輸出信號就應保持在4mA至20mA之間。但是有時會發(fā)生工藝條件偏離正常操作的情況。

①高信號飽和區(qū)域
例如儲罐的注滿。在這種情況下，符合NAMUR標準的變送器可以輸出20.5mA的電流。其輸出信號超出了正常工作區(qū)間，但處于信號飽和區(qū)域內(nèi)。(請參見上圖中的右側(cè)黃色區(qū)域)

②低信號飽和區(qū)域
還有一個可能會使輸出信號處于飽和區(qū)域，是因為模擬信號會隨著時間漂移。校準后的變送器，測量范圍的低量程值通常對應于4mA，但是經(jīng)過幾年后，輸出信號可能會漂移，從而使變送器僅能輸出3.9mA。(請參見上圖中的左側(cè)黃色區(qū)域)

2、硬件故障
智能測量設備能夠檢測內(nèi)部故障，例如傳感器或轉(zhuǎn)換器故障。當發(fā)生這種情況時，符合NAMUR標準的變送器的微處理器會將輸出信號設置為3.6mA或21.0mA，具體取決于用戶如何設置故障安全狀態(tài)模式。

根據(jù)NAMUR NE43的建議，許多智能現(xiàn)場變送器都有故障安全狀態(tài)模式，您可以在“低電流報警"模式或“高電流報警"模式之間進行選擇。

“高電流報警"模式表示在內(nèi)部診斷檢測到故障的情況下，輸出電流將設置為21.0mA。

“低電流報警"模式表示在內(nèi)部診斷檢測到故障的情況下，輸出電流將設置為3.6mA。

在“低電流報警"模式的故障信號3.6mA和低信號飽和區(qū)域的3.8mA的之間只有0.2mA的變化量，因為2線制變送器需保證在≤3.6mA的電流時能正常工作。一些制造商還具有功耗小于3.6mA的測量設備。

因此，如果使用2線制變送器，建議將硬件故障信號設置為21.0mA，以避免在非常低的電流下操作設備時出現(xiàn)問題。對于4線制變送器，將硬件故障信號設置為3.6mA并不是問題，因為它們不是回路供電的。

通過控制系統(tǒng)解釋警報閾值
理想情況下，接收控制器應具有一個帶有合適軟件的輸入模塊，該模塊可以在0至22mA的電流范圍內(nèi)解釋輸入信號。

根據(jù)NAMUR的定義，3.6至3.8mA以及20.5至21.0mA之間的信號不能出現(xiàn)(請參見上圖中的白色區(qū)域)。但是，如果由于某些原因確實發(fā)生了這種情況，則控制系統(tǒng)應將其解釋為測量信號，而不是故障信號。

這樣，電流信號范圍≤3.6mA和≥21.0mA可以解釋為變送器的硬件故障。為避免誤報，硬件故障信號應存在至少4秒鐘和至少2個信號掃描周期，之后才會被解釋為傳感器故障。

如果超出了警報閾值，則控制系統(tǒng)可以采取以下措施之一來應對：
①調(diào)整或停止生產(chǎn)，以避免生產(chǎn)損失或產(chǎn)品不合格
②自動通知維護技術(shù)人員修理，或更換有故障的變送器
③將有缺陷的控制回路切換到手動模式
④……

供應商特定的故障安全信號
并非所有的儀表制造商都遵循NAMUR NE43的建議。他們自稱“符合標準" 的變送器對硬件故障信號使用了偏差值。

即使這些變送器由同一制造商制造，硬件故障信號可能會因變送器類型而異。例如，對于羅斯蒙特來說，壓力測量設備的“高電流報警" 故障模式與溫度測量設備的“高電流報警"故障模式不同，如下表所示。

不同制造商提供的變送器的警報閾值的部分示例：

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