4～20mA、0～20mA、DC(0～5V、0～10V)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(biāo)準(zhǔn)，它們之間有什么不同，為什么4～20mA跟其他幾種信號相比會更加廣泛用在工業(yè)現(xiàn)場呢？

一、為什么要用4~20mA信號

　　在工業(yè)現(xiàn)場，如果采集的信號經(jīng)調(diào)理后是電壓信號并且進(jìn)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?，傳輸線會很容易就受到噪聲的干擾；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(gè)問題。為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，工業(yè)現(xiàn)場大量采用電流來傳輸信號。采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無窮大，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 的信號用于各種故障的報(bào)警下限。之所以沒有取0mA 的原因是為了能檢測斷線：正常工作時(shí)不會低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。

二、4~20mA與電壓信號的對比

　　電壓信號傳輸比如 0～5(10)V ，如果一個(gè)模擬電壓信號從發(fā)送點(diǎn)通過長的電纜傳輸?shù)浇邮拯c(diǎn)，那么信號可能很容易失真。原因是電壓信號經(jīng)過發(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)。要求不增加信號發(fā)送方的費(fèi)用又要所提及的電阻忽略，就要求信號接收電路有一個(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引起 很明顯的誤差。所以用電壓信號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，它提供的電流信號始終是所希望的電流而與電纜的電阻以及接觸電阻無關(guān)，也就是說，電流信號的傳輸是不受硬件設(shè)備配置的影響的。

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

三、4~20mA與0~20mA信號的對比

　　0~20mA信號同樣用于接收不同的傳感器輸出信號。4～20MA比0～20MA多出了故障檢測的功能。目前，4～20mA是國標(biāo)信號制。而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報(bào)警（包括斷線）。如果接收到的電流信號為零，那么一定是電纜斷了或者信號接收方面出了問題。如果電流信號超過 20mA 就意味著輸入端方面的信號過載或者信號接收方面有問題。 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)需要通過長線驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場的驅(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)場端，由于現(xiàn)場供電問題的存在，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4～20mA來反映信號的大小。

　　二線制4～20mA電路應(yīng)用，其工作電源和信號共用一根導(dǎo)線，工作電源由接收端提供。為了避免50/60Hz的工頻干擾，采用電流來傳輸信號。二線制方案需要考慮的主要問題：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。

---