4-20mA變送器原理與應用

工業上普遍需球測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等；另外電物理量(簡稱電量),例如電流、電壓、功率、頻率等,都需要轉換成標準模擬量電信號才能傳輸到幾百米外的控制室或顯示設備上。這種將物理量轉換成電信號的設備稱為變送器。工業上廣泛采用的標準模擬量電信號是用4~20mA直流電流來傳輸模擬量。

采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內阻無窮大，導線電阻串聯在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數百米。上限取20mA是因為防爆的要求：20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。 

電流輸出型變送器將物理量轉換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。 

當然，電流輸出可以與電源公用一根線（公用VCC或者GND），可節省一根線，稱之為三線制變送器。 

其實大家可能注意到， 4-20mA電流本身就可以為變送器供電，變送器在電路中相當于一個特殊的負載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4~20mA之間根據傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。工業電流環標準下限為4mA，因此只要在量程范圍內，變送器至少有4mA供電。這使得兩線制傳感器的設計成為可能。 

在工業應用中，測量點一般在現場，而顯示設備或者控制設備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數十至數百米。按一百米距離計算，省去2根信號傳輸導線意味著成本降低近百元！另外四線制變送器和三線制變送器因導線內電流不對稱必須使用昂貴的屏蔽線,而兩線制變送器可使用非常便宜的的雙絞線導線,因此在應用中兩線制變送器必然是優選。