采用4—20mA的電流來傳輸模擬量有哪些優點？

采用電流信號的原因是不容易受干擾，因為工業現場的噪聲電壓的幅度可能達到數V，但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于nA等級別，因此給4－20mA傳輸帶來的誤差非常小；電流源內阻趨于無窮大，導線電阻串聯在回路中不影響精度，因此在普通雙絞線上可以傳輸數百米；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nA等級的輸入電流噪聲只產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），可節省一根線，所以現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。工業電流環標準下限為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品、以及低功耗的處理器（如MSP430）對于兩線制的4-20mA收發非常重要）。這使得兩線制傳感器的設計成為可能而又富有挑戰。

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 )過程控制系統采用的模擬信號傳輸標準。我國也采用這一國際標準信號制，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。

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生一定的壓降，那接收端的信號就會產生一定的誤差了，所以一般使用電流信號作為變送器的標準傳輸。

4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制是國際電工委員會（IEC）：過程控制系統用模擬信號標準。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4~20mA.DC，聯絡信號采用1~5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。

4~20mA電流環工作原理：

在工業現場，用一個儀表放大器來完成信號的調理并進行長線傳輸，會產生以下問題：第一，由于傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受到噪聲的干擾；第二，傳輸線的分布電阻會產生電壓降；第三，在現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。

現場儀表可實現兩線制，所謂兩線制即電源、負載串聯在一起，有一公共點，而現場變送器與控制室儀表之前的信號聯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信號傳輸，同一個控制系統所屬的儀表之間有公共端，便于檢測儀表、調節儀表、計算機、報警裝置配用，并方便接線。

現場儀表與控制室儀表之間的聯絡信號采用4~20mA.DC的理由是：因為現場與控制室之間的距離較遠，連接電線的電阻較大，如果用電壓信號遠傳，優于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產生較大的誤差，而用恒流源信號作為遠傳，只要傳送回路不出現分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變，從而保證了傳送的精度。

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

采用電壓源信號聯絡，與現場儀表的聯絡用的電流信號必須轉換為電壓信號，*簡單的辦法就是：在電流傳送回路中串聯一個250Ω的標準電阻，把4~20mA.DC轉換為1~5V.DC，通常由配電器來完成這一任務。