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為什么采用4—20mA的電流來傳輸模擬量？
大家可能會非常熟悉RS232，RS485，CAN等工業(yè)上常用的總線，他們都是傳輸數(shù)字信號的方式。那么，我們用什么方式來傳輸模擬信號呢？
工業(yè)上普遍需要測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，這些都需要轉換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設備上。工業(yè)上廣泛采用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。
采用電流信號的原因是不容易受干擾，因為工業(yè)現(xiàn)場的噪聲電壓的幅度可能達到數(shù)V，但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于n*別，因此給4－20mA傳輸帶來的誤差非常?。浑娏髟磧茸柃呌跓o窮大，導線電阻串聯(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；
由于電流源的大內阻和恒流輸出，在接收端我們只需放置一個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n*的輸入電流噪聲只產(chǎn)生非常微弱的電壓噪聲。
上限取20mA是因為防爆的要求：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：正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。
電流型變送器將物理量轉換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。最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，所以現(xiàn)在基本上將四線制變送器稱之為三線制變送器。其實大家可能注意到， 4-20mA電流本身就可以為變送器供電，變送器在電路中相當于一個特殊的負載，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)標準下限為4mA，因此在量程范圍內，變送器通常只有24V，4mA供電（因此，在輕負載條件下高效率的DC/DC電源（TPS54331,TPS54160），低功耗的傳感器和信號鏈產(chǎn)品、以及低功耗的處理器（如MSP430）對于兩線制的4-20mA收發(fā)非常重要）。這使得兩線制傳感器的設計成為可能而又富有挑戰(zhàn)。
一般需要設計一個VI轉換器，輸入0-3.3v，輸出4mA-20mA，可采用運放LM358，供電+12v。
我們系統(tǒng)地來看看模擬量設備為什么都偏愛用4~20mA傳輸信號~
4-20mA. DC(1-5V.DC)信號制是國際電工委員會( IEC )過程控制系統(tǒng)采用的模擬信號傳輸標準。我國也采用這一信號制，儀表傳輸信號采用4-20mA.DC，接收信號采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。
一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。傳輸信號時候，因為導線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導線內產(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準傳輸。
一、什么是4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制？
4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制是國際電工委員會（IEC）：過程控制系統(tǒng)用模擬信號標準。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一信號制，儀表傳輸信號采用4~20mA.DC，聯(lián)絡信號采用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，用一個儀表放大器來完成信號的調理并進行長線傳輸，會產(chǎn)生以下問題：第一，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問題。
為了解決上述問題和避開相關噪聲的影響，我們用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲并不敏感。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警。
二、4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制的優(yōu)點？
現(xiàn)場儀表可實現(xiàn)兩線制，所謂兩線制即電源、負載串聯(lián)在一起，有一公共點，而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之前的信號聯(lián)絡及供電僅用兩根電線。因為信號起點電流為4mA.DC，為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時儀表電氣零點為4mA.DC，不與機械零點重合，這種“活零點”有利于識別斷電和斷線等故障。而且兩線制還便于使用安全柵，利于安全防爆。
控制室儀表采用電壓并聯(lián)信號傳輸，同一個控制系統(tǒng)所屬的儀表之間有公共端，便于檢測儀表、調節(jié)儀表、計算機、報警裝置配用，并方便接線。
