4～20mA、0～20mA、DC(0～5V、0～10V)信號(hào)制是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)過(guò)程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，它們之間有什么不同，為什么4～20mA跟其他幾種信號(hào)相比會(huì)更加廣泛用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)呢？

一、為什么要用4~20mA信號(hào)

　　在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，如果采集的信號(hào)經(jīng)調(diào)理后是電壓信號(hào)并且進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸，會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：第一，由于傳輸?shù)男盘?hào)是電壓信號(hào)，傳輸線會(huì)很容易就受到噪聲的干擾；第二，傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降；第三，在現(xiàn)場(chǎng)如何提供儀表放大器的工作電壓也是個(gè)問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題和避開(kāi)相關(guān)噪聲的影響，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量采用電流來(lái)傳輸信號(hào)。采用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無(wú)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。上限取20mA 是因?yàn)榉辣囊螅?0mA 的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯，而低于4mA 高于20mA 的信號(hào)用于各種故障的報(bào)警下限。之所以沒(méi)有取0mA 的原因是為了能檢測(cè)斷線：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。

二、4~20mA與電壓信號(hào)的對(duì)比

　　電壓信號(hào)傳輸比如 0～5(10)V ，如果一個(gè)模擬電壓信號(hào)從發(fā)送點(diǎn)通過(guò)長(zhǎng)的電纜傳輸?shù)浇邮拯c(diǎn)，那么信號(hào)可能很容易失真。原因是電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)送電路的輸出阻抗，電纜的電阻以及接觸電阻形成了電壓 降損失。由此造成的傳輸誤差就是接收電路的輸入偏置電流乘以上述各個(gè)電阻的和。 如果信號(hào)接收電路的輸入阻抗是高阻的，那么由上述的電阻引起的傳輸誤差就足夠小，這些電阻也就可以忽略不計(jì)。要求不增加信號(hào)發(fā)送方的費(fèi)用又要所提及的電阻忽略，就要求信號(hào)接收電路有一個(gè)高的輸入阻抗。如果用運(yùn)算放大器 OP 來(lái)做接收方的輸入放大器，就要考慮到此類放大器的輸入阻抗通常是小于 <1M? 。原則上，高阻抗的電路特別是在放大電路的輸入端是很容易受到電磁干擾從而會(huì)引起 很明顯的誤差。所以用電壓信號(hào)傳輸就必須在傳輸誤差和電磁干擾的影響之間尋找一個(gè)折中的方案。 而如果一個(gè)電流源作為發(fā)送電路，它提供的電流信號(hào)始終是所希望的電流而與電纜的電阻以及接觸電阻無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，電流信號(hào)的傳輸是不受硬件設(shè)備配置的影響的。

電壓信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)論： 如果電磁干擾很小或者傳輸電纜長(zhǎng)度較短，一個(gè)合適的接收電路毫無(wú)疑問(wèn)是可以用來(lái)傳輸電壓信0～5(10)V 的。

三、4~20mA與0~20mA信號(hào)的對(duì)比

　　0~20mA信號(hào)同樣用于接收不同的傳感器輸出信號(hào)。4～20MA比0～20MA多出了故障檢測(cè)的功能。目前，4～20mA是國(guó)標(biāo)信號(hào)制。而低于4mA高于20mA的信號(hào)用于各種故障的報(bào)警（包括斷線）。如果接收到的電流信號(hào)為零，那么一定是電纜斷了或者信號(hào)接收方面出了問(wèn)題。如果電流信號(hào)超過(guò) 20mA 就意味著輸入端方面的信號(hào)過(guò)載或者信號(hào)接收方面有問(wèn)題。 而0~20mA不能判斷。

四、4~20mA電流環(huán)工作原理

　　4～20mA電流環(huán)有兩種類型：二線制和三線制。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)需要通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)器件如閥門等時(shí)，一般采用三線制變送器，這里XTR位于監(jiān)控的系統(tǒng)端，由系統(tǒng)直接向XTR供電，供電電源是二根電流傳輸線以外的第三根線。二線系統(tǒng)是XTR和傳感器位于現(xiàn)場(chǎng)端，由于現(xiàn)場(chǎng)供電問(wèn)題的存在，一般是接收端利用4～20mA的電流環(huán)向遠(yuǎn)端的XTR供電，通過(guò)4～20mA來(lái)反映信號(hào)的大小。

　　二線制4～20mA電路應(yīng)用，其工作電源和信號(hào)共用一根導(dǎo)線，工作電源由接收端提供。為了避免50/60Hz的工頻干擾，采用電流來(lái)傳輸信號(hào)。二線制方案需要考慮的主要問(wèn)題：確定所用接收器的數(shù)量，當(dāng)有多個(gè)接收器時(shí)，它將要求變送器擁有一個(gè)較低的工作電源電壓。另外一種考慮是降低回路電流在接收端的壓降。

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