センサ電源の電圧降下計算ツールのしくみ
近接スイッチ、電圧出力の圧力センサ、流量計、IO-Link 機器などの 3 線式・4 線式センサは、ケーブル内の 1 対の心線から電源を受けます。センサの電流は両方の心線で電圧を降下させ、センサに届くのは電源からその降下分を引いた電圧です。最低電源電圧を下回ったセンサは、室温では動いても、寒いときや出力が切り替わるときに不具合を起こすことがあります。
このツールは、センサでの電圧、最低電圧に対する余裕、まだ使える最長ケーブルと最小断面積、ケーブルでの損失、そして共通の 0 V 線による電圧出力のずれを求めます。
センサでの電圧
降下は I × 2 × ρ × L / A で、銅は 20 °C で 0.0172 Ω·mm²/m、1 K あたり 0.393 % 増えます。0.5 mm² のケーブル 200 m で 50 mA のセンサには、24 V の電源より 0.69 V 低い電圧が届きます。最低電源電圧はデータシートにあります。電源の許容差（24 V システムでは通常 ±10 %）と突入電流の分の余裕を見てください。
出力が動作しているときのセンサ電流を入力してください。同じケーブルで負荷を駆動するスイッチ出力は、その負荷の電流が降下に加わります。
共通の 0 V 線
0 … 10 V 出力の 3 線式センサは、1 心を電源に、1 心を信号に、もう 1 心の 0 V を電源の帰線と信号の基準の両方に使います。受信側は自分の 0 V に対して信号を測るので、電源電流が 0 V 線で生じさせる電圧降下が読み値に加わります。例では 6.9 Ω に 50 mA で 0.34 V、10 V スパンの 3.4 % という大きな誤差で、短いケーブルでの机上試験では見えません。
信号帰線を分けた 4 線式接続、電流出力のセンサ、または短いケーブルなら避けられます。電流ループは受信側が電圧ではなく電流を測るので影響を受けません。2 線式 4–20 mA 伝送器には ループ電源計算ツール を使ってください。
ケーブル長と断面積
最長ケーブルは、センサでの電圧が最低値に達する長さです。ツールはその長さに必要な最小断面積と、次の標準サイズも示します。太い心線で電源の問題は解決しますが、電圧出力の 0 V のずれは抵抗とともに小さくなるだけで、電流に比例して残ります。
よくある質問
ケーブル温度は関係しますか？
銅の抵抗は 1 K あたり 0.393 % 上がるので、60 °C のケーブルラックにあるケーブルは 20 °C より 16 % 抵抗が大きくなります。導体温度を入力すれば反映されます。
1 本のケーブルに複数のセンサをつなぐ場合は？
同じ心線対の末端につないだセンサは電流が合計されます。バスに沿って分散したセンサは降下がそれぞれ異なるので、安全側の見積りとして、末端のセンサを合計電流で計算してください。
AWG は使えますか？
使えます。導体のリストには mm² と並んで AWG サイズがあるので、ケーブルのサイズを選んでください。