Напряжение на нагрузке: ? В
Онлайн-калькулятор позволяет рассчитать параметры токовой петли 4–20 мА с учётом напряжения питания, сопротивления нагрузки и падения напряжения на передатчике и кабеле. Это полезно для инженеров, наладчиков, студентов и тех, кто работает с промышленной автоматикой, ПЛК, преобразователями и аналоговыми датчиками.
Программа рассчитывает напряжение на нагрузке по закону Ома: \( U = I \cdot R \), а также определяет максимально допустимое сопротивление нагрузки для заданного источника питания. Учёт падения напряжения на передатчике и кабеле помогает точнее оценить реальные условия в цепи.
Что можно рассчитать
- Напряжение на нагрузке при любом токе от 4 до 20 мА.
- Максимально допустимое её сопротивление при заданном напряжении питания.
- Вычисленный уровень сигнала в процентах.
- График зависимости напряжения на нагрузке от тока.
Калькулятор учитывает важные моменты реальных промышленных токовых петель, включая падение напряжения на кабеле (или внутри передатчика), которое может существенно повлиять на работу нагрузки, особенно при больших токах и длинных линиях связи.
Расчётные формулы
Основная формула для расчёта напряжения на нагрузке:
$$
U_{\text{нагрузки}} = I \cdot R_{\text{нагрузки}}
$$
А для расчёта максимальной допустимой нагрузки:
$$
R_{\text{макс}} = \frac{U_{\text{пит}} — U_{\text{падение}}}{I}
$$
Где:
- \( U_{\text{пит}} \) — напряжение питания, В
- \( I \) — ток в петле, А (обычно 0.004–0.020 А)
- \( R_{\text{нагрузки}} \) — сопротивление нагрузки, Ом
- \( U_{\text{падение}} \) — суммарное падение напряжения на передатчике и кабеле, В
Вот таблица перевода сигнала 4-20 мА в проценты 0-100%:
| Ток (мА) | Процент (%) |
|---|---|
| 4 | 0% |
| 5 | 6.25% |
| 6 | 12.5% |
| 7 | 18.75% |
| 8 | 25% |
| 9 | 31.25% |
| 10 | 37.5% |
| 11 | 43.75% |
| 12 | 50% |
| 13 | 56.25% |
| 14 | 62.5% |
| 15 | 68.75% |
| 16 | 75% |
| 17 | 81.25% |
| 18 | 87.5% |
| 19 | 93.75% |
| 20 | 100% |
Пример
Для токовой петли:
- Напряжение питания: \( 24 \, В \)
- Ток: \( 20 \, мА \)
- Падение на передатчике и кабеле: \( 2 \, В \)
Максимально допустимая нагрузка:
$$
R_{\text{макс}} = \frac{24 — 2}{0.02} = 1100 \, Ом
$$
Пояснение параметров
| Параметр | Описание | Единицы |
|---|---|---|
| Питание | Напряжение источника в токовой петле | Вольт |
| Ток | Текущий уровень сигнала (обычно 4–20 мА) | мА |
| Сопротивление нагрузки | Сопротивление устройства, получающего ток | Ом |
| Падение на передатчике и кабеле | Суммарные потери напряжения, не доходящие до нагрузки | Вольт |
Справочная таблица
| Элемент | Типовое значение | Примечание |
|---|---|---|
| Ток холостого хода | 4 мА | Минимальный ток в петле (датчик в покое) |
| Максимальный ток | 20 мА | Максимальный сигнал (100%) |
| Диапазон сигнала | 4–20 мА | Стандартный диапазон аналогового сигнала |
| Типовое напряжение питания | 24 В | Часто используется в промышленности |
| Падение напряжения на передатчике | 1.5–2.5 В | В зависимости от модели |
| Падение на кабеле (на 100 м при 20 мА) | ≈ 0.4 В (при 1 Ом/м) | Для провода с сечением 0.5 мм² |
| Макс. сопротивление нагрузки при 24 В | ≈ 1100 Ом | С учётом падений 2 В |
| Типичное сопротивление входа АЦП | 250 Ом | Преобразует ток в 1–5 В |
| Сечение кабеля для 100 м | 0.5–1.5 мм² | Выбирается по допустимым потерям |
| Погрешность сигнала | ±0.1 мА | Допустима в системах автоматизации |
Программа помогает избежать ошибок при подключении, выявить перегрузку по току или недостаточное напряжение на нагрузке, а также спланировать кабельную разводку и длину линии без риска потерь сигнала. Больше информации по данной теме читайте в этом справочнике.
