一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA,指*小電流為4mA,*大電流為20mA。傳輸信號時(shí)候，因?yàn)閷?dǎo)線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生一定的壓降，那接收端的信號就會產(chǎn)生一定的誤差了，所以一般使用電流信號作為變送器的標(biāo)準(zhǔn)傳輸。

一、什么是4～20mA.DC(1～5V.DC)信號制?

4~20mA.DC(1~5V.DC)信號制是*電工委員會(IEC):過程控制系統(tǒng)用模擬信號標(biāo)準(zhǔn)。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一*標(biāo)準(zhǔn)信號制，儀表傳輸信號采用4～20mA.DC,聯(lián)絡(luò)信號采用1～5V.DC,即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。

4~20mA電流環(huán)工作原理：在工業(yè)現(xiàn)場，用一個(gè)儀表放大器來完成信號的調(diào)理并進(jìn)行長線傳輸，會產(chǎn)生以下問題：*，由于傳輸?shù)男盘柺请妷盒盘?，傳輸線會受到噪聲的干擾；第二，傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生電壓降；第三，在現(xiàn)場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個(gè)問題。為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，我們用電流來傳輸信號，因?yàn)殡娏鲗υ肼暡⒉幻舾小?/span>4～20mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報(bào)警。

二、4~20mA.DC(1~5V.DC)信號制的優(yōu)點(diǎn)?

現(xiàn)場儀表可實(shí)現(xiàn)兩線制，所謂兩線制即電源、負(fù)載串聯(lián)在一起，有一公共點(diǎn)，而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之前的信號聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線。因?yàn)樾盘柶瘘c(diǎn)電流為4mA.DC,為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC,不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)”有利于識別斷電和斷線等故障。而且兩線制還便于使用*柵，利于*防爆。控制室儀表采用電壓并聯(lián)信號傳輸，同一個(gè)控制系統(tǒng)所屬的儀表之間有公共端，便于檢測儀表、調(diào)節(jié)儀表、計(jì)算機(jī)、報(bào)警裝置配用，并方便接線。

現(xiàn)場儀表與控制室儀表之間的聯(lián)絡(luò)信號采用4~20mA.DC的理由是：因?yàn)楝F(xiàn)場與控制室之間的距離較遠(yuǎn)，連接電線的電阻較大，如果用電壓信號遠(yuǎn)傳，優(yōu)于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差，而用恒流源信號作為遠(yuǎn)傳，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變，從而*了傳送的精度。

控制室儀表之間的聯(lián)絡(luò)信號采用1~5V.DC理由是：為了便于多臺儀表共同接收同一個(gè)信號，并有利于接線和構(gòu)成各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)。如果用電流源作聯(lián)絡(luò)信號，當(dāng)多臺儀表共同接收同一個(gè)信號時(shí)，它們的輸入電阻必須串聯(lián)起來，這會使*大負(fù)載電阻超過變送儀表的負(fù)載能力，而且各接收儀表的信號負(fù)端電位各不相同，會引入干擾，而且不能做到單一集中供電。采用電壓源信號聯(lián)絡(luò)，與現(xiàn)場儀表的聯(lián)絡(luò)用的電流信號必須轉(zhuǎn)換為電壓信號，*簡單的辦法就是：在電流傳送回路中串聯(lián)一個(gè)250Q的標(biāo)準(zhǔn)電阻，把4～20mA.DC轉(zhuǎn)換為1～5V.DC,通常由配電器來完成這一任務(wù)。

三、為什么變送器選擇4～20mA.DC作傳送信號?

1、首先是從現(xiàn)場應(yīng)用的*考慮

*重點(diǎn)是以防爆*火花型儀表來考慮的，并以控制儀表能量為前提，把維持儀表正常工作的靜態(tài)和動態(tài)功耗降低到*低限度。輸出4～20mA.DC標(biāo)準(zhǔn)信號的變送器，其電源電壓通常采用24V.DC,采用直流電壓的主要原因是可以不用大容量的電容器及電感器，就只需考慮變送器與控制室儀表連接導(dǎo)線的分布電容及電感，如2mm2的導(dǎo)線其分布電容為0.05μ/km左右；對于單線的電感為0.4mH/km左右；大大低于引爆氫氣的數(shù)值，顯然這對防爆是非常有利的。

2、傳送信號用電流源優(yōu)于電壓源

因?yàn)楝F(xiàn)場與控制室之間的距離較遠(yuǎn)，連接電線的電阻較大時(shí)，如果用電壓源信號遠(yuǎn)傳，由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差，如果用電流源信號作為遠(yuǎn)傳，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變，從而*了傳送的精度。

為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，我們用電流來傳輸信號，因?yàn)殡娏鲗υ肼暡⒉幻舾小?/span>4～20mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報(bào)警。

二、4~20mA.DC(1~5V.DC)信號制的優(yōu)點(diǎn)?

現(xiàn)場儀表可實(shí)現(xiàn)兩線制，所謂兩線制即電源、負(fù)載串聯(lián)在一起，有一公共點(diǎn)，而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之前的信號聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線。因?yàn)樾盘柶瘘c(diǎn)電流為4mA.DC,為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC,不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)”有利于識別斷電和斷線等故障。而且兩線制還便于使用*柵，利于*防爆。

控制室儀表采用電壓并聯(lián)信號傳輸，同一個(gè)控制系統(tǒng)所屬的儀表之間有公共端，便于檢測儀表、調(diào)節(jié)儀表、計(jì)算機(jī)、報(bào)警裝置配用，并方便接線。

現(xiàn)場儀表與控制室儀表之間的聯(lián)絡(luò)信號采用4~20mA.DC的理由是：因?yàn)楝F(xiàn)場與控制室之間的距離較遠(yuǎn)，連接電線的電阻較大，如果用電壓信號遠(yuǎn)傳，優(yōu)于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差，而用恒流源信號作為遠(yuǎn)傳，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變，從而*了傳送的精度。

控制室儀表之間的聯(lián)絡(luò)信號采用1~5V.DC理由是：為了便于多臺儀表共同接收同一個(gè)信號，并有利于接線和構(gòu)成各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)。如果用電流源作聯(lián)絡(luò)信號，當(dāng)多臺儀表共同接收同一個(gè)信號時(shí)，它們的輸入電阻必須串聯(lián)起來，這會使*大負(fù)載電阻超過變送儀表的負(fù)載能力，而且各接收儀表的信號負(fù)端電位各不相同，會引入干擾，而且不能做到單一集中供電。

采用電壓源信號聯(lián)絡(luò)，與現(xiàn)場儀表的聯(lián)絡(luò)用的電流信號必須轉(zhuǎn)換為電壓信號，*簡單的辦法就是：在電流傳送回路中串聯(lián)一個(gè)250Q的標(biāo)準(zhǔn)電阻，把4～20mA.DC轉(zhuǎn)換為1～5V.DC,通常由配電器來完成這一任務(wù)。

三、為什么變送器選擇4～20mA.DC作傳送信號?

1、首先是從現(xiàn)場應(yīng)用的*考慮

*重點(diǎn)是以防爆*火花型儀表來考慮的，并以控制儀表能量為前提，把維持儀表正常工作的靜態(tài)和動態(tài)功耗降低到*低限度。輸出4～20mA.DC標(biāo)準(zhǔn)信號的變送器，其電源電壓通常采用24V.DC,采用直流電壓的主要原因是可以不用大容量的電容器及電感器，就只需考慮變送器與控制室儀表連接導(dǎo)線的分布電容及電感，如2mm2的導(dǎo)線其分布電容為0.05μ/km左右；對于單線的電感為0.4mH/km左右；大大低于引爆氫氣的數(shù)值，顯然這對防爆是非常有利的。

2、傳送信號用電流源優(yōu)于電壓源

因?yàn)楝F(xiàn)場與控制室之間的距離較遠(yuǎn)，連接電線的電阻較大時(shí)，如果用電壓源信號遠(yuǎn)傳，由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差，如果用電流源信號作為遠(yuǎn)傳，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變，從而*了傳送的精度。

3、信號*大電流選擇20mA的原因

*大電流20mA的選擇是基于*、實(shí)用、功耗、成本的考慮。*火花儀表只能采用低電壓、低電流，4~20mA電流和24V.DC對易燃?xì)錃庖彩?的，對于24V.DC氫氣的引爆電流為200mA,遠(yuǎn)在20mA以上，此外還要綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場儀表之間的連接距離，所帶負(fù)載等因素；還有功耗及成本問題，對電子元件的要求，供電功率的要求等因素。

4、信號起點(diǎn)電流選擇4mA的原因

輸出為4~20mA的變送器以兩線制的居多，兩線制即電源、負(fù)載串聯(lián)在一起，有一公共點(diǎn)，而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之間的信號聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線。為什么起點(diǎn)信號不是0mA?這是基于兩點(diǎn)：一是變送器電路沒有靜態(tài)工作電流將無法工作，信號起點(diǎn)電流

4mA.DC,不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)”有利于識別斷電和斷線等故障。

四、4~20mA傳感器的由來?

采用電流信號的原因是不容易受干擾、并且電流源內(nèi)阻無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。

采用電流信號的原因是不容易受干擾，因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場的噪聲電壓的幅度可能達(dá)到數(shù)V,但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于nA級別，因此給4-20mA傳輸帶來的誤差非常??；電流源內(nèi)阻趨于無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，因此在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米；由于電流源的大內(nèi)阻和恒流輸出，在接收端我們只需放置一個(gè)250歐姆到地的電阻就可以獲得0-5V的電壓，低輸入阻抗的接收器的好處是nA級的輸入電流噪聲只產(chǎn)生非常微弱的電壓噪聲。上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?/span>20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時(shí)不會低于4mA,當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。*典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。當(dāng)然，電流輸出可以與電源公用一根線公用VCC或者GND,可節(jié)省一根線，稱之為三線制變送器。其實(shí)大家可能注意到，4-20mA電流本身就可以為變送器供電。變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4～20mA之間根據(jù)傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA,因此只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電。

因此、4-20mA的信號輸出一般不容易受干擾而且*可靠、所以工業(yè)上普遍使用的都是二線制4-20mA的電源輸出信號。但為了能更好的處理傳感器的信號、目前還有更多其它形式的輸出信號：3.33MV/V;2MV/V;0-5V;0-10V等。