【導讀】在過程控製係統中，測量信號通常轉換為模擬升高零電流：4 至 20 毫安 （4-20 mA）。信號在範圍的低端 （0%） 為 4 mA，在滿量程 （100%） 時為 20 mA。

在過程控製係統中，測量信號通常轉換為模擬升高零電流：4 至 20 毫安 （4-20 mA）。信號在範圍的低端 （0%） 為 4 mA，在滿量程 （100%） 時為 20 mA。

除非您一直在工業環境中工作，否則您所見過的大多數電子係統都會傳輸 0 到某個滿量程範圍的電壓信號。例如
，0 至 5 V。

為什麼是 4-20mA 電流信號？

因此，您可能想知道
，“為什麼要使用電流進行信號傳輸？”和“為什麼是 4-20 mA 的範圍？答案是：電流信號在長距離和嘈雜環境中的性能優於電壓。此外，升高的零點允許測量低於 0% 並檢測斷線。

轉換由稱為過程變送器或信號調節器的儀器完成。它們的輸入通常來自初級傳感器
，例如熱電偶
、力或壓力傳感器
、轉速計、電位計、滑絲等。4-20 mA 輸出通過一對電線“傳輸”。一些發射器由交流供電

，其他發射器使用 24 伏直流電

，並且通常配有電池，以防止停電期間信號丟失。

電源和信號如何在同一兩條線路上傳輸？

回路供電變送器（也稱為兩線製變送器）從遠程電源接收直流電源。如圖 1 所示，它們通過控製來自該電源的電流，通過同一對線對傳輸輸出，無需單獨的電源線。

圖 1.環路供電的發射器通過同一對電線接收電源並傳輸其輸出。作者的圖片。

變送器通常位於現場
，靠近測量點
，而電源來自控製室的直流電源。控製或讀出儀器串聯以讀取電流，形成電流回路。電源電壓通常（但並非總是）為 24 VDC。

圖 2 顯示了典型環路供電發射器的內部操作。它的功率被穩壓器電路從環路電流中“竊取”，用於為電路的其餘部分供電。整個電路必須設計為以小於 4 mA 的電流運行。

圖 2.典型回路供電發射器的框圖。

信號調節電路（根據輸入類型而變化）驅動電流輸出電路
，進而驅動輸出晶體管。總電流（包括電源）流經一個輸出檢測電阻器，該電阻器提供反饋以控製電流。盡管發射器的電源輸入電壓發生變化，反饋仍能保持適當的電流。

環路功率變送器的應用

常見的應用可能是溫度測量。工業溫度探頭（熱電偶和 RTD（熱電阻溫度計））通常包括用於現場布線的連接外殼（連接“頭”）。可以在頭部內部安裝一個小型發射器，然後
，到控製室的布線可以簡單地是一對銅線，而不是熱電偶線
，或者對於 RTD
，則需要三根或四根線。

如前所述

，發射器可用於許多其他輸入。傳感器輸入包括應變計或稱重傳感器、電位計或滑絲位置傳感器、轉zhuan速su計ji或huo電dian機ji驅qu動dong器qi的de脈mai搏bo率lv或huo頻pin率lv等deng。一yi些xie公gong司si為wei其qi化hua學xue傳chuan感gan器qi提ti供gong兩liang線xian製zhi變bian送song器qi。甚shen至zhi還hai有you回hui路lu供gong電dian的de流liu量liang變bian送song器qi。帶dai直zhi流liu毫hao伏fu輸shu入ru或huo帶dai直zhi流liu或huo交jiao流liu電dian壓ya和he電dian流liu輸shu入ru的de變bian送song器qi均jun可ke用yong。

帶信號隔離的回路供電變送器

輸入通常必須與電源和輸出進行電氣隔離。這意味著輸入和 4-20 mA 回路之間沒有電氣連接。這種孤立有兩個原因。首先，如果 output loop 接地
，則 input 也不能接地。再看一下圖 2。電dian路lu公gong共gong端duan與yu輸shu出chu不bu同tong。如ru果guo輸shu入ru公gong共gong端duan和he負fu輸shu出chu都dou接jie地di，它ta們men將jiang被bei連lian接jie，使shi電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu器qi短duan路lu並bing產chan生sheng嚴yan重zhong誤wu差cha。這zhe是shi接jie地di熱re電dian偶ou探tan頭tou的de常chang見jian問wen題ti。

其次，隔離增強了安全性。如果 input 是shi高gao電dian壓ya或huo大da電dian流liu，則ze不bu得de將jiang其qi連lian接jie到dao輸shu出chu環huan路lu。假jia設she使shi用yong交jiao流liu輸shu入ru發fa射she器qi來lai監jian控kong電dian源yuan電dian壓ya或huo電dian流liu。如ru果guo連lian接jie到dao輸shu出chu環huan路lu
，則ze環huan路lu或huo發fa射she器qi可ke能neng會hui被bei銷xiao毀hui。有you人ren也ye可ke能neng受shou傷shang或huo觸chu電dian。

幸運的是
，環路供電的變送器具有輸入/輸出隔離功能，如圖 4 suoshi。caozuoxiangtong，dandianyuanhexinhaolujingzengjialegeli。dianyuangelitongchangshiyongbianyaqiwancheng。zhiliudianyabeizhanboyichanshengjiaoliudian
，ranhoutongguobianyaqikuidianbingzaishuchucezhengliuhuizhiliu。

帶 I/O 隔離的環路供電發射器框圖

圖 4.具有輸入/輸出隔離和可選顯示屏的環路供電變送器框圖。

信xin號hao可ke以yi通tong過guo多duo種zhong方fang式shi進jin行xing隔ge離li。在zai較jiao舊jiu的de設she計ji中zhong，使shi用yong變bian壓ya器qi隔ge離li，但dan光guang耦ou合he器qi和he電dian容rong隔ge離li是shi現xian代dai設she備bei的de典dian型xing解jie決jue方fang案an。經jing過guo調tiao節jie的de輸shu入ru信xin號hao轉zhuan換huan為wei脈mai衝chong或huo頻pin率lv調tiao製zhi，通tong過guo光guang耦ou合he器qi或huo小xiao型xing高gao壓ya電dian容rong器qi饋kui送song，然ran後hou轉zhuan換huan回hui直zhi流liu。現xian代dai發fa射she器qi通tong常chang使shi用yong微wei處chu理li器qi或huo微wei控kong製zhi器qi，而er不bu是shi全quan模mo擬ni電dian路lu，因yin此ci耦ou合he脈mai衝chong是shi顯xian而er易yi見jian的de選xuan擇ze。

帶 LCD 顯示屏的變送器

一些變送器提供可選的內置顯示器
，通常是用於電流使用的 LCD。圖 3 包含此選項。這在配備微控製器的發射器中很容易實現，但也可以使用模擬到顯示 IC。

顯示屏可以縮放為讀取“工程單位”，而不是簡單地讀取 4-20 mA 或 0% 到 100%。工程單位是表示物理過程的實際過程值，例如度或千克。過程值可以在測量點和控製室中看到。

可選變送器功能

一些基於微處理器的變送器可以由用戶更改其範圍。HART（高速可尋址遠程傳感器）變送器在 4-20 mA 電流之上施加數字通信脈衝

，允許遠程重新校準、量程更改和其他選項。

根據其批準

，如果正確安裝在指定係統中
，一些變送器已獲得支持在危險（爆炸性）場所使用的批準。這些選項不在本文的討論範圍之內。

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