Chọn cáp 4–20 mA đi xa bằng cách kiểm tra điện trở vòng thế nào?

Muốn chọn cáp 4–20 mA đi xa, hãy tính điện trở của cả dây đi và dây về, cộng tải nối tiếp trong loop rồi đối chiếu giới hạn của đúng transmitter tại điện áp nguồn nhỏ nhất. Cáp có shield vẫn có thể không phù hợp nếu tổng tải làm thiết bị thiếu điện áp để duy trì dòng yêu cầu.

Bài này xét vòng dòng hai dây dùng nguồn ngoài và ngõ vào đo dòng thụ động. Ví dụ bên dưới dùng dữ liệu cáp thật cùng một cấu hình giả định để kiểm điện trở; kết quả không phải khoảng cách truyền tối đa hoặc phê duyệt lắp đặt cho mọi hệ 4–20 mA.

Tính điện trở dây đi và dây về thế nào?

Trước tiên, xác định chiều dài tuyến một chiều từ tủ đến transmitter, gồm các đoạn lên xuống và dây đấu cuối tuyến.

Nếu hai lõi có cùng chiều dài và cùng điện trở đơn vị, điện trở phần cáp được tính bằng:

Hệ số 2 biểu thị hai đường dẫn điện, không phải hai lần chiều dài cáp cần mua. Một tuyến 1.000 m dùng một đôi dây vẫn có 2.000 m ruột dẫn tham gia vòng dòng. Nếu tài liệu đã công bố điện trở vòng của đôi dây theo Ω/km, không nhân đôi thông số đó thêm lần nữa.

Dùng giá trị điện trở tối đa trong datasheet đúng Article No. và đúng nhiệt độ tham chiếu. Với nhiều đoạn cáp hoặc hai lõi khác nhau, tính từng đoạn rồi cộng; không áp một giá trị Ω/km cho toàn tuyến. Cũng không dùng trở kháng đặc tính của cáp truyền thông thay cho điện trở DC của ruột dẫn.

Cộng tải trong loop và kiểm ngân sách điện áp

Điện trở cáp chỉ là một phần của tải ngoài transmitter. Cần cộng điện trở ngõ vào analog (input), điện trở đo bổ sung và các phần tử thuần trở khác mắc nối tiếp. Nếu input đã có điện trở đo cần thiết, không cộng lại cùng điện trở đó dưới một tên khác.

R_tải = R_cáp + R_input + R_phụ

Khi manual cho điện áp làm việc tối thiểu tại transmitter, có thể kiểm ngân sách điện áp theo biểu thức dưới đây. Dòng I_kiểm phải tính bằng A:

Barrier, bộ cách ly hoặc bộ hiển thị có thể có yêu cầu nguồn và đặc tính sụt áp riêng. Không tự quy mọi thiết bị thành một điện trở cố định; với bộ cách ly tạo một loop mới, phải kiểm từng phía theo manual. Phần nào đã tính bằng điện trở thì không cộng thêm chính sụt áp đó lần thứ hai.

Lấy nguồn nhỏ nhất được bảo đảm tại điểm cấp cho loop, sau dung sai và tổn hao trên phần cấp nguồn trước điểm đó. Không chỉ dùng con số “24 VDC” trên nhãn nguồn. I_kiểm phải bao phủ các trạng thái mà thiết kế yêu cầu, kể cả dòng báo lỗi nếu có; không tự chốt bằng 20 mA cho mọi transmitter.

Nếu hãng công bố đường cong hoặc bảng tải theo nguồn, hãy dùng đúng bảng của model, kênh và chế độ đang xét. Một công thức đơn giản dựa trên điện áp tối thiểu không thay được các giới hạn bổ sung của hãng. Texas Instruments giải thích cơ chế thiếu điện áp tuân thủ của transmitter hai dây: tải và tổn hao dây có thể làm mạch không duy trì được dòng mong muốn.

Ví dụ tuyến 1.000 m: cùng cáp nhưng nguồn đổi kết quả

Đây là tình huống giả định để tính chọn, không phải ca công trình hoặc kết quả thử nghiệm. Xét đầu ra Channel A của Micro Motion 4200, nguồn ngoài không vượt 30 V, input thụ động, đèn nền tắt, không có barrier hay bộ cách ly. Tuyến đang tính là đường 4–20 mA về input, không phải cáp nối sensor với transmitter.

Bảng 1. Đầu vào của phép tính và tính chất dữ liệu

Nguồn dữ liệu cáp: LAPP 0035822, mục Đặc tính điện và Thiết kế sản phẩm; đối chiếu ngày 03/11/2026.

Từ các đầu vào trên:

• Điện trở dây đi: 1.000 × 26 / 1.000 = 26 Ω.
• Điện trở dây về: 26 Ω; tổng điện trở cáp là 52 Ω.
• Tải ngoài transmitter: 52 + 250 + 10 = 312 Ω.

Giữ nguyên tải, chỉ thay nguồn nhỏ nhất để tra giới hạn Channel A. Với hai giá trị 19 V và 18,8 V, dùng nhánh R_max = (V_s − 17,75) / 0,0036 trong bảng hãng; tại 22 V, giới hạn là 600 Ω.

Bảng 2. Kết quả đối chiếu cùng tải 312 Ω, đèn nền tắt

Giới hạn theo Micro Motion 4200 Installation Manual, MMI-20058013 Rev AG, 03/2024, mục 3.4, hình 3-1 và bảng 3-2, trang 25–26. Đây là phép tính từ dữ liệu hãng và các giả định ở Bảng 1.

Đèn nền bật làm yêu cầu điện áp tối thiểu của model này tăng thêm 1 V. Không giữ kết quả bảng khi đổi chế độ, kênh hoặc thiết bị; cũng không thay mẫu số hãng quy định bằng 20 mA. Các khoảng 288 Ω hay 35,2 Ω chỉ là phần giới hạn chưa dùng, không phải mức dự phòng thiết kế đã được duyệt.

Sau phép tính, giữ hay loại phương án cáp?

Giữ để kiểm tiếp khi tổng tải nằm trong giới hạn của đúng cấu hình và còn đáp ứng mức dự phòng dự án yêu cầu. Với dữ liệu điện trở tại 20 °C, vẫn phải kiểm lại ở nhiệt độ vận hành và tính thêm các đoạn dây, điểm nối hoặc thiết bị chưa nằm trong bảng.

Xem lại nguồn hoặc tải khi vượt giới hạn. Nếu phần tải ngoài cáp đã bằng hoặc vượt khả năng của loop, tăng tiết diện dây không giải quyết được gốc vấn đề. Nếu điện trở dây là phần làm vượt, có thể đối chiếu mã cáp có điện trở thấp hơn rồi tính lại; không tự đấu song song các đôi để bù thiếu.

Chưa chốt mã nếu còn thiếu model/channel, loại input, nguồn nhỏ nhất, dòng kiểm hoặc điện trở đúng mã cáp. Input chủ động có chức năng cấp nguồn không được xử lý như input thụ động trong ví dụ này; cần đọc sơ đồ của hai đầu trước khi chọn cách cấp loop.

Đạt kiểm điện trở chưa xác nhận toàn bộ tuyến. Cần kiểm thêm HART nếu sử dụng, điện dung cáp, yêu cầu EMC/shield, cách lắp và môi trường. Màn chắn không phải dây về của tín hiệu. Phần đọc cấu tạo và điều kiện chống nhiễu được trình bày trong bài chọn cáp điều khiển chống nhiễu; ở đây, số liệu 26 Ω/km chỉ dùng cho mã 0035822 tại điều kiện đã ghi.

Khi xem nhóm cáp tín hiệu trên phukiencap.com, hãy lấy datasheet đúng mã để đối chiếu tiếp. Không suy một mã khác đạt tuyến 1.000 m chỉ vì cũng xoắn đôi, có shield hoặc có cùng tiết diện danh nghĩa.

Cần gửi gì để đối chiếu và báo giá cáp 4–20 mA?

Để chuyển từ phép tính sang yêu cầu mua hàng, cần đủ thông tin cho cả loop và tuyến cáp. Không chỉ ghi “cáp tín hiệu 4–20 mA đi xa”.

Bảng 3. Dữ liệu cần có trước khi chốt quy cách

Phần chuẩn hóa số lượng, chiều dài cuộn và hồ sơ có thể xem thêm tại checklist gửi yêu cầu báo giá dây cáp điện. Kết quả tính và cấu hình cuối cần được kỹ sư phụ trách đối chiếu trước khi chốt vật tư.