为什么采用4—20mA的电流来传输模拟量？.docx

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1、工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等,这些都需要转换成模拟量电信号才能件输到几百米外的控制室或显示设备上。工业上Ai广泛采用的是用420mA电流来传输模拟属.采用电流信号的原因是不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V,但是噪声的功率很弱,所以噪声电流通常小于nA级别,因此给4一2OmA传输带来的误差非常小：电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双线戏上可以传输数百米：由于电流源的大内阳和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到她的电阻就可以获得0-5V的电压，低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微弱的

2、电压噪声。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能附不足以弓I燃瓦斯.下限没有取OmA的原因是为了他检测断线：正常工作时不会低于4mA.当传输线因故障断路,环路电流降为O常取2mA作为断线报警值。电流型变送器将物理粒转换成4-20mA电源输出，必然要有外电源为其供电.最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），可节省一根线，所以现在基本上将四线制变送器称之为三线制变送器。其实大家可能注意到，4-20mA电流本身就可以为变送器供电，变送器在电路中相当于一个特殊的负载.这种

3、变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送.工业电流环标准下限为4mA,因此在量程他因内，变送器通常只有24V,4mA供电（因此，在轻负载条件下高效率的DC/DC电源(TPS54331,TPS54160),低功耗的传感港和信号健产品、以及低功耗的处理器(如MSP430)对于两线制的4-2OmA收发非常垂要)。这使得两畿制传感器的设计成为可能而又富有挑战，一般需要设计一个Vl转换器，输入O3.3v,输出4mA-20mA.可采用运放1.M358.供电+12v.我们系统地来看看模拟量设备为什么都儡爱用4-20mA传输信号4-20mA.DC(15V.DQ信号制是国际电工委员会(IEC)过程控制系统采用

4、的模拟信号传输标准.我国也采用这一国际标准信号制,仪表传输信号采用4-20mAQC接收信号采用15VDC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。一般仪器仪表的信号电流都为420mA,指以小电流为4mA,最大电流为20mA,传输信号时候,因为导线上也有电阻，如果用电压传输则会在导线内产生一定的压降,那接收端的信号就会产生一定的误差了，所以一般使用电流信号作为变送涔的标准传输,1什么是420mA.DC(15V.DC)信号制？4-20mA.DC(15V.DC)信号制是国际电工委员会(IEC):过程控制系统用模拟信号标准，我国从DDZI11型电动仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号来用4-2Om

5、A.DC.联络信号采用15V.DC.即采用电流传输、电压接收的信号系统.4-20mA电流环工作原理：.IOK17V在工业现场,用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输会产生以卜问SS：第一,由于传输的信号是电压信号，传输践会受到噪声的干扰：第二，传输战的分布电用会产生电压降：第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号因为电流对噪声并不敏感，420mA的电流环便是用4mA衣示零信号，用20mA&示信号的满刻度，而低于4mA高干20mA的信号用干各种故障的报警.2420mA.DC(1-5V.DC)信号制的优点？现场仪表可实现

6、两线制,所谓两线制即电源、负我串联在一起有一公共点,而现场变送器与控制室仪表之前的信号联络及供电仅用两根电线。因为信号起点电流为4mA.DC.为变送器提供了静态工作电流,同时仪表电气等点为4mA.DC.不与机械零点殂合，这种“活零点”有利于识别断电和断域等故障。而旦两战制还便于使用安全树，利于安全防爆.控制室仪表采用电压并联信号传输，同一个控制系统所蟠的仪表之间有公共端,使F检测仪表、调节仪表、计算机、报警装置配用，并方便接线。现场仪表与控制室仪表之间的联络信号采用4-20mA.DC的理由是：因为现场与控制室之间的距志较远，连接电线的电阻较大，如果用电压信号远传,优于电线电阻与接收仪表输入电阻

7、的分压，将产生，交大的误差，而用恒流源信号作为远佐，只要传送回路不出现分支，网路中的电流就不会随电线长短而改变，从而保证了传送的精度.控制室仪表之间的联络信号采用15V.DC理由是：为了便于多台仪表共同接收同一个信号，并有利于接线和构成各种复杂的控制系统。如果用电流源作联络信号，当多台仪表共同接收同一个信号时，它们的输入电阻必须串联起来，这会使最大负我电阻越过变送仪表的负我能力，而且各接收仪表的信号负端电位各不相同，会引入干扰，而F1.不能做到单一集中供电.采用电压源信号联络，与现场仪表的联络用的电流信号必须转换为电压信号，最简单的办法就是：在电流传送回路中申联一个25O的标准电讯，把4-20

8、mA.DC转换为15V.DC.通常由M电器来完成这一任务.3为什么变送器选择420mA.DC作传送信号？1、Ir先是从现场应用的安全考虑安全座点是以防爆安全火花型仪表来考虑的,并以控制仪表能量为前提,把维持仪.表正常匚作的停态和动态功耗降低到公低限度.输出420mA.DC标准信号的变送器，其电源电压通常采用24V.DC.采用直流电压的主要原因是可以不用大容量的电容器及电感器，就只需考虑变送器与控制室仪表连接好线的分布电容及电感，如2mm2的济我其分布电容为0.05km左右：对于单线的电由为04mHkm左右：大大低于引爆乳气的数值，显然这对防爆是非常有利的。2、传送信号用电流源优于电压源因为现场

9、与控制室之间的拒离较远，连接电线的电阻较大时,如果用电压海信弓远传，由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压，将产生较大的误差，如果用电流源信号作为远传，只要传送回路不出现分支，回路中的电流就不会随电长短而改变，从而保证了传送的精度.3、信号最大电流选舞20mA的原因最大电流20mA的选择是基于安全、实用、功耗、成本的考虑.安全火花仪表只能采用低电压、低电流，420mA电流和24V.DC对易燃乳气也是安全的，对丁24VQC乳气的引爆电流为200mA,远在20mA以上，此外还要综合考虑生产现场仪表之间的连接距离，所带负我等因索；还有功耗及成本问题，对电子元件的要求,供电功率的要求等因素.4、信号起点

10、电流选择4mA的原因输出为420mA的变送以两线制的居多两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线。为什么起点信号不足。mA?这是基于两点：一是变送器电路没有静态工作电流将无法工作，信号起点电流4mA.DC,不与机械零点重合,这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。4420mA传感器的由来？采用电流信号的原因是不容易受干扰、并且电流海内Fll无穷大，导线电阻申联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米，采用电流信号的原因是不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V,但是噪声的功率很弱，所以噪再电诋通常小FnA级别，因

11、此给4-2OmA传输带来的误差非常小：电流源内阻趋于无穷大，导线电阴串联在IUl路中不影响精度，因此在普通双线我上可以传输数百米；由于电瓶源的大内阳和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到她的电阻就可以获得0-5V的电压，低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微诩的电压噪声。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能址不足以引燃瓦斯.下限没有取OmA的原因是为了旄检测断线：正常工作时不会低于4mA.当传输线因故内断路,环路电流降为O常取2mA作为断线报警值。电流型变送器将物理V转换成420mA电流输出，必然要有外电源为其供电.最典型的是变送器诲要两

12、根电源线,加上两根电流输出税，总共要接4根线，称之为四线制变送器。当然，电源输出可以与电源公用一根线公用VCC或者GND,可节省根设，称之为三跋制变送者,其实大家可能注意到，420mA电源本身就可以为变送器供电,变送器在电路中相当于一个特殊的负载,特殊之处在于变送器的耗电电流在420mA之间根据传感愉出而变化.显示仪表只需要串在电路中即可，这种变送器只需外接2根纹，因而被称为两线制变送器.工业电流环标准下限为4mA,因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电.因此4-20mA的信号输出一般不容易受干扰而且安全可靠、所以工业上普遍使用的都是二线制420mA的电源输出信号。但为了能更好的处理传感

13、器的信号、目前还有更多其它形式的输出佶号:3.33MVV:2MV/V：O-5%O4OV等。传感器Ifl器：330ADCOP1OADCl力IPWQI2ADC213ADC4F4ADC”15ADCal6ADCTPlPl+s三三另附一张4到20mA转电出信号的简单电路图:N03POlADlWJAD：W)AD)E44W5ADSN)WFUfUZ,XAM4P2AiSP：6A14?：5AI)P21A2F2)A11P22AUP2iAfF20Af这张图使用一个250欧姆的电讯将4到20mA的电流信号转换成1到5V的电压信号，然后使用一个RC渡波加一个二极管（原谅我模拟电路不好，并不知道是什么意思接到单片机的AD转换用脚.