4~20mA电流简介及应用

工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，这些都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。

为什么变送器选择4~20mA.DC作传送信号

采用电流信号的原因是不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V，但是噪声的功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4-20mA传输带来的误差非常小;
电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米;
由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0-5V的电压，低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微弱的电压噪声。

信号最大电流选择20mA的原因

最大电流20mA的选择是基于安全、实用、功耗、成本的考虑。安全火花仪表只能采用低电压、低电流，4~20mA电流和24V.DC对易燃氢气也是安全的，对于24V.DC氢气的引爆电流为200mA，远在20mA以上，20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。此外还要综合考虑生产现场仪表之间的连接距离，所带负载等因素;还有功耗及成本问题，对电子元件的要求，供电功率的要求等因素。

信号起点电流选择4mA的原因

下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0，常取2mA作为断线报警值。

变送器线制

电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出，必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。

当然，电流输出可以与电源公用一根线(公用VCC或者GND)，可节省一根线，所以现在基本上将四线制变送器称之为三线制变送器。

其实大家可能注意到， 4-20mA电流本身就可以为变送器供电，变送器在电路中相当于一个特殊的负载，这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。

工业电流环标准下限为4mA，因此在量程范围内，变送器通常只有24V，4mA供电(因此，在轻负载条件下高效率的DC/DC电源(TPS54331,TPS54160)，低功耗的传感器和信号链产品、以及低功耗的处理器(如MSP430)对于两线制的4-20mA收发非常重要)。这使得两线制传感器的设计成为可能而又富有挑战。

电路设计

4~20mA电流环工作原理：

4到20mA转电压信号的简单电路图：

这张图使用一个250欧姆的电阻将4到20mA的电流信号转换成1到5V的电压信号，然后使用一个RC滤波加一个稳压二极管接到单片机的AD转换引脚。

转自：https://mp.weixin.qq.com/s/Ly8k4KrC09JWc8OwgA0zbA