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工業(yè)現(xiàn)場通訊中為什么采用4-20mA來傳輸模擬量？

分類：技術(shù)中心 2467人瀏覽 2019-04-17

工業(yè)現(xiàn)場通訊中，數(shù)字量傳輸?shù)姆绞轿覀円姷谋容^多，諸如RS232、RS485、CAN總線等。而普遍需要測量的各類非電物理量，例如溫度、壓力、流量等，這些都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上，那么，我們用什么方式來傳輸模擬信號呢?目前最廣泛采用的是用4-20mA電流來傳輸模擬量。

一為何采用電流信號

采用電流信號的原因是：電流信號傳輸抗干擾性能優(yōu)于電壓信號。

因為工業(yè)現(xiàn)場的噪聲電壓的幅度可能達到數(shù)伏，在某些強干擾場合，如采用變頻電源的試驗現(xiàn)場，通過線纜耦合的噪聲電壓幅值可能達到十伏以上甚至幾十伏，此時采用電壓傳輸模擬量已經(jīng)完全失去意義。

雖然噪聲電壓的幅度高，但是其功率微弱，所以噪聲電流通常小于nA級別，因此給電流傳輸帶來的誤差非常小;另外，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(如采用電壓源信號遠傳，由于線路電阻與接收儀表輸入電阻分壓，將產(chǎn)生較大誤差)，因此在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。

二信號最大電流選擇20mA的原因

30V電壓30mA電流所引起的火花是可以點燃危險氣體的平均下限，為了保險起見，同時參照其它傳統(tǒng)設(shè)定，所以將許多儀表定位24V供電，同時限定電流小于30mA，為了留有余地，信號上限定為20mA。

最大電流20mA的選擇也是基于安全、使用、功耗、成本的考慮。安全火花儀表只能采用低電壓、低電流，綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場儀表之間的連接距離，所帶負載等因素，還有就是功耗及成本問題，對電子元器件的要求，供電功率的要求等因素，最后由國際電工委員會(IEC)確定4-20mA信號為過程控制系統(tǒng)用模擬信號標準。

三信號起點電流選擇4mA的原因

為了區(qū)分沒有信號和信號為零，信號的起始值(信號零位值)不能為零(電氣值)。

另外，兩線制儀表在信號值為零時仍需要一定的能量供應(yīng)，在24V供電條件下，4mA電流提供的能量，是當時制定標準時，大部分儀表生產(chǎn)商能接受的能量供應(yīng)下限。

4-20mA電流作用在250歐姆電阻上，正好符合標準信號的電壓標準1-5V。

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