工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊中為什么采用4-20mA來(lái)傳輸模擬量？

 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊中，數(shù)字量傳輸?shù)姆绞轿覀円?jiàn)的比較多，諸如RS232、RS485、CAN總線等。而普遍需要測(cè)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(hào)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(lái)傳輸模擬信號(hào)呢?目前*泛采用的是用4-20mA電流來(lái)傳輸模擬量。 

一 為何采用電流信號(hào) 

采用電流信號(hào)的原因是：電流信號(hào)傳輸抗干擾性能優(yōu)于電壓信號(hào)。 

因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲電壓的幅度可能達(dá)到數(shù)伏，在某些強(qiáng)干擾場(chǎng)合，如采用變頻電源的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)線纜耦合的噪聲電壓幅值可能達(dá)到十伏以上甚至幾十伏，此時(shí)采用電壓傳輸模擬量已經(jīng)*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(jí)別，因此給電流傳輸帶來(lái)的誤差非常小;另外，電流源內(nèi)阻趨于無(wú)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(hào)遠(yuǎn)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(hào)較大電流選擇20mA的原因 

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

較大電流20mA的選擇也是基于安全、使用、功耗、成本的考慮。儀表只能采用低電壓、低電流，綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的連接距離，所帶負(fù)載等因素，還有就是功耗及成本問(wèn)題，對(duì)電子元器件的要求，供電功率的要求等因素，后由際電工委員會(huì)(IEC)確定4-20mA信號(hào)為過(guò)程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。 

三 信號(hào)起點(diǎn)電流選擇4mA的原因 

為了區(qū)分沒(méi)有信號(hào)和信號(hào)為零，信號(hào)的起始值(信號(hào)零位值)不能為零(電氣值)。 

另外，兩線制儀表在信號(hào)值為零時(shí)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(dāng)時(shí)制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電壓標(biāo)準(zhǔn)1-5V。