為什么4-20mA直流電流是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)？

工業(yè)上經(jīng)常需要測(cè)量溫度、壓力、風(fēng)速等非電物理量，這些通常都需要轉(zhuǎn)換成模擬量才能傳輸?shù)娇刂剖一蝻@示設(shè)備上，而對(duì)于一些電流輸出傳感器而言，一般都是選擇4-20mA直流電流輸出，那為什么不選擇其它的輸出數(shù)值呢?

4-20mA.DC(1-5V.DC)信號(hào)制是國際電工委員會(huì)(IEC):過程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，如連接儀表、變送設(shè)備、控制設(shè)備、計(jì)算機(jī)采樣設(shè)備等。我國從DDZ-Ⅲ型電動(dòng)儀表開始采用這一國際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，儀表傳輸信號(hào)采用4-20mA.DC,聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號(hào)系統(tǒng)。

一、為何遠(yuǎn)傳信號(hào)要用電流源?

通常測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的距離都比較遠(yuǎn)，如果用電壓源信號(hào)遠(yuǎn)傳，當(dāng)連接電線的電阻較大時(shí)，由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差。采用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾，因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲電壓的幅度可能達(dá)到數(shù)V，但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于nA，因此給4-20mA傳輸帶來的誤差非常小;電流源內(nèi)阻趨于無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，因此在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流就不會(huì)隨電線長短而改變，從而保證了傳送的精度。

二、為何標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)是4-20mA呢?

4-20mA二線制傳感器的設(shè)計(jì)，用20mA表示信號(hào)的滿刻度，但起點(diǎn)信號(hào)為什么不是0mA呢?電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出，必然要有外電源為其供電，其中0-4mA電流是為了供應(yīng)傳感器自身最小的工作電流需要，如果采用0-20mA，當(dāng)信號(hào)很小的時(shí)候，傳感器便無法獲得足夠的工作能量。而在低于4mA，高于20mA的信號(hào)則用于各種故障的報(bào)警，比如正常工作時(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，所以常取2mA作為斷線報(bào)警值。同時(shí)，儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC，不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)"有利于識(shí)別斷電和斷線等故障。

最大電流20MA的選擇是基于安全、實(shí)用的考慮，20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。

因此，一般傳感器都是4-20mA信號(hào)輸出，這樣信號(hào)不容易受干擾而且安全可靠，兩線制4-20mA輸出更可以節(jié)省傳感器成本等等，這些原因使得以電流輸出為主的壓力傳感器、溫度傳感器等產(chǎn)品在工業(yè)上普遍使用的是兩線制4-20mA輸出。