采用電流信號的原因是不容易受幹擾，因為(wei) 工業(ye) 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於(yu) nA級別，因此給4－20mA傳(chuan) 輸帶來的誤差非常小；電流源內(nei) 阻趨於(yu) 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(chuan) 輸數百米；由於(yu) 電流源的大內(nei) 阻和恒流輸出，在接收端我們(men) 隻需放置一個(ge) 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級的輸入電流噪聲隻產(chan) 生非常微弱的電壓噪聲。

一般需要設計一個(ge) VI轉換器，輸入0-3.3v，輸出4mA-20mA，可采用運放LM358，供電+12v。

我們(men) 係統地來看看模擬量設備為(wei) 什麽(me) 都偏愛用4~20mA傳(chuan) 輸信號~

4-20mA. DC(1-5V.DC)信號製是國際電工委員會(hui) ( IEC )過程控製係統采用的模擬信號傳(chuan) 輸標準。我國也采用這一國際標準信號製，儀(yi) 表傳(chuan) 輸信號采用4-20mA.DC，接收信號采用1-5V.DC，即采用電流傳(chuan) 輸、電壓接收的信號係統。

一般儀(yi) 器儀(yi) 表的信號電流都為(wei) 4-20mA，指最小電流為(wei) 4mA,最大電流為(wei) 20mA 。傳(chuan) 輸信號時候，因為(wei) 導線上也有電阻，如果用電壓傳(chuan) 輸則會(hui) 在導線內(nei) 產(chan) 生一定的壓降，那接收端的信號就會(hui) 產(chan) 生一定的誤差了，所以一般使用電流信號作為(wei) 變送器的標準傳(chuan) 輸。

一、什麽(me) 是4~20mA.DC（1~5V.DC）信號製？

4~20mA.DC（1~5V.DC）信號製是國際電工委員會(hui) （IEC）：過程控製係統用模擬信號標準。我國從(cong) DDZ-Ⅲ型電動儀(yi) 表開始采用這一國際標準信號製，儀(yi) 表傳(chuan) 輸信號采用4~20mA.DC，聯絡信號采用1~5V.DC，即采用電流傳(chuan) 輸、電壓接收的信號係統。

4~20mA電流環工作原理：

二、4~20mA.DC（1~5V.DC）信號製的優(you) 點？

現場儀(yi) 表可實現兩(liang) 線製，所謂兩(liang) 線製即電源、負載串聯在一起，有一公共點，而現場變送器與(yu) 控製室儀(yi) 表之前的信號聯絡及供電僅(jin) 用兩(liang) 根電線。因為(wei) 信號起點電流為(wei) 4mA.DC，為(wei) 變送器提供了靜態工作電流，同時儀(yi) 表電氣零點為(wei) 4mA.DC，不與(yu) 機械零點重合，這種“活零點”有利於(yu) 識別斷電和斷線等故障。而且兩(liang) 線製還便於(yu) 使用安全柵，利於(yu) 安全防爆。

控製室儀(yi) 表采用電壓並聯信號傳(chuan) 輸，同一個(ge) 控製係統所屬的儀(yi) 表之間有公共端，便於(yu) 檢測儀(yi) 表、調節儀(yi) 表、計算機、報警裝置配用，並方便接線。

現場儀(yi) 表與(yu) 控製室儀(yi) 表之間的聯絡信號采用4~20mA.DC的理由是：因為(wei) 現場與(yu) 控製室之間的距離較遠，連接電線的電阻較大，如果用電壓信號遠傳(chuan) ，優(you) 於(yu) 電線電阻與(yu) 接收儀(yi) 表輸入電阻的分壓，將產(chan) 生較大的誤差，而用恒流源信號作為(wei) 遠傳(chuan) ，隻要傳(chuan) 送回路不出現分支，回路中的電流就不會(hui) 隨電線長短而改變，從(cong) 而保證了傳(chuan) 送的精度。

控製室儀(yi) 表之間的聯絡信號采用1~5V.DC理由是：為(wei) 了便於(yu) 多台儀(yi) 表共同接收同一個(ge) 信號，並有利於(yu) 接線和構成各種複雜的控製係統。如果用電流源作聯絡信號，當多台儀(yi) 表共同接收同一個(ge) 信號時，它們(men) 的輸入電阻必須串聯起來，這會(hui) 使最大負載電阻超過變送儀(yi) 表的負載能力，而且各接收儀(yi) 表的信號負端電位各不相同，會(hui) 引入幹擾，而且不能做到單一集中供電。

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

三、為(wei) 什麽(me) 變送器選擇4~20mA.DC作傳(chuan) 送信號？

1、首先是從(cong) 現場應用的安全考慮

安全重點是以防爆安全火花型儀(yi) 表來考慮的，並以控製儀(yi) 表能量為(wei) 前提，把維持儀(yi) 表正常工作的靜態和動態功耗降低到最低限度。輸出4~20mA.DC標準信號的變送器，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，就隻需考慮變送器與(yu) 控製室儀(yi) 表連接導線的分布電容及電感，如2mm2 的導線其分布電容為(wei) 0.05μ/km左右；對於(yu) 單線的電感為(wei) 0.4mH/km左右；大大低於(yu) 引爆氫氣的數值，顯然這對防爆是非常有利的。

2、傳(chuan) 送信號用電流源優(you) 於(yu) 電壓源

因為(wei) 現場與(yu) 控製室之間的距離較遠，連接電線的電阻較大時，如果用電壓源信號遠傳(chuan) ，由於(yu) 電線電阻與(yu) 接收儀(yi) 表輸入電阻的分壓，將產(chan) 生較大的誤差，如果用電流源信號作為(wei) 遠傳(chuan) ，隻要傳(chuan) 送回路不出現分支，回路中的電流就不會(hui) 隨電線長短而改變，從(cong) 而保證了傳(chuan) 送的精度。

3、信號最大電流選擇20mA的原因

最大電流20mA的選擇是基於(yu) 安全、實用、功耗、成本的考慮。安全火花儀(yi) 表隻能采用低電壓、低電流，4~20mA電流和24V.DC對易燃氫氣也是安全的，對於(yu) 24V.DC氫氣的引爆電流為(wei) 200mA，遠在20mA以上，此外還要綜合考慮生產(chan) 現場儀(yi) 表之間的連接距離，所帶負載等因素；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、信號起點電流選擇4mA的原因

輸出為(wei) 4~20mA的變送器以兩(liang) 線製的居多，兩(liang) 線製即電源、負載串聯在一起，有一公共點，而現場變送器與(yu) 控製室儀(yi) 表之間的信號聯絡及供電僅(jin) 用兩(liang) 根電線。為(wei) 什麽(me) 起點信號不是0mA？這是基於(yu) 兩(liang) 點：一是變送器電路沒有靜態工作電流將無法工作，信號起點電流4mA.DC，不與(yu) 機械零點重合，這種“活零點”有利於(yu) 識別斷電和斷線等故障。

四、4~20mA傳(chuan) 感器的由來？

采用電流信號的原因是不容易受幹擾、並且電流源內(nei) 阻無窮大，導線電阻串聯在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳(chuan) 輸數百米。

采用電流信號的原因是不容易受幹擾，因為(wei) 工業(ye) 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於(yu) nA級別，因此給4－20mA傳(chuan) 輸帶來的誤差非常小；電流源內(nei) 阻趨於(yu) 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(chuan) 輸數百米；由於(yu) 電流源的大內(nei) 阻和恒流輸出，在接收端我們(men) 隻需放置一個(ge) 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級的輸入電流噪聲隻產(chan) 生非常微弱的電壓噪聲。

上限取20mA是因為(wei) 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(wei) 了能檢測斷線：正常工作時不會(hui) 低於(yu) 4mA，當傳(chuan) 輸線因故障斷路，環路電流降為(wei) 0。常取2mA作為(wei) 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(wei) 其供電。最典型的是變送器需要兩(liang) 根電源線，加上兩(liang) 根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為(wei) 四線製變送器。當然，電流輸出可以與(yu) 電源公用一根線公用VCC或者GND，可節省一根線，稱之為(wei) 三線製變送器。其實大家可能注意到，4-20mA電流本身就可以為(wei) 變送器供電。變送器在電路中相當於(yu) 一個(ge) 特殊的負載，特殊之處在於(yu) 變送器的耗電電流在4~20mA之間根據傳(chuan) 感器輸出而變化。顯示儀(yi) 表隻需要串在電路中即可。這種變送器隻需外接2根線，因而被稱為(wei) 兩(liang) 線製變送器。工業(ye) 電流環標準下限為(wei) 4mA，因此隻要在量程範圍內(nei) ，變送器至少有4mA供電。

因此、4-20mA的信號輸出一般不容易受幹擾而且安全可靠、所以工業(ye) 上普遍使用的都是二線製4-20mA的電源輸出信號。但為(wei) 了能更好的處理傳(chuan) 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。

另附一張4到20mA轉電壓信號的簡單電路圖：

這張圖使用一個(ge) 250歐姆的電阻將4到20mA的電流信號轉換成1到5V的電壓信號，然後使用一個(ge) RC濾波加一個(ge) 二極管（原諒我模擬電路不好，並不知道是什麽(me) 意思）接到單片機的AD轉換引腳。