在工业自动化领域，4 - 20mA 信号传输是一种极为重要且广泛应用的技术。下面我们将对其进行详细解析，深入探讨其优点和应用。
- 电流信号不易受干扰
在工业应用中，采用电流信号进行传输具有显著优势。工业现场环境复杂，往往存在幅度高达数伏的噪声电压，但这些噪声的功率较弱，通常不会超过纳安级别。这使得电流信号在传输过程中能够保持较高的准确性。此外，电流源的内阻极大，导线电阻在回路中对精度的影响几乎可以忽略不计。因此，4 - 20mA 电流信号能够在普通上进行数百米的远距离传输，这是电压信号难以比拟的。
- 接收端低噪声设计
在接收端，只需将一个 250 欧姆的电阻与地相连，就可以将 0 - 5V 的电压转换为可用的信号。同时，由于接收器采用低输入阻抗设计，nA 级的输入电流噪声所产生的电压噪声非常微弱，这进一步保证了信号接收的准确性和稳定性。
- 电流信号安全特性
选择上限为 20mA 是出于防爆安全的考虑。因为在这个电流值下，通断时产生的火花能量不足以引燃瓦斯，从而确保了在易燃易爆环境中的使用安全。而选择下限不取 0mA，则是为了能够检测断线情况。当传输线断路时，电流会低于 4mA，系统可以及时发出报警信号，保障了系统的可靠性。 - 与信号转换
电流型变送器能够将物理量转换为 4 - 20mA 电流输出，但它需要外供电。最典型的四线制变送器需要两根和两根电流输出线。为了节省线缆成本和安装空间，出现了三线制变送器，它让电流输出与电源公用一根线。更进一步，两线制变送器利用 4 - 20mA 电流本身为变送器供电，使变送器成为电路中的一个特殊负载，只需外接两根线即可正常工作，极大地简化了工业现场的布线和安装。
- 现场与控制室信号选择
4 - 20mA DC 信号制在现场与控制室之间的信号传输中具有明显的优越性。在这一标准下，仪表传输信号采用 4 - 20mA DC，接收信号转化为 1 - 5V DC，构成了电流传输、电压接收的信号系统。这是因为电流信号在远传时，只要传送回路无分支，回路电流就不会因电线长短而改变，确保了传输的准确性。而电压信号在远传时，容易受到电线电阻的影响，产生误差。 - 信号制的优点
采用 4 - 20mA 信号制具有诸多优点。它能够保证信号传输的精确性和抗干扰能力，连接简单，并且有利于防爆安全。自 DDZ - Ⅲ 型电动仪表起，该信号制在我国得到了广泛应用，成为了仪表传输的标准。 - 变送器选择原因
变送器选择 4 - 20mA DC 信号制的主要原因是这一信号范围提供了足够的信号强度和分辨率，能够满足各种工业应用的需求。此外，这种信号制还具备抗干扰能力强、易于与其他设备兼容等优点，在实际应用中占据着重要地位。 - 信号最大与最小电流选择
选择 20mA 作为信号最大电流是综合考虑了安全、实用、功耗及成本等多个因素。在以防爆安全火花型仪表为前提的条件下，为了降低仪表静态和动态功耗，确保其正常工作，需要将功耗降至最低。采用输出 4 - 20mA DC 标准信号的变送器，其电源电压通常选用 24V DC。而选择 4mA 作为信号起点电流，是为了提供一个 “活零点”，便于在故障情况下识别问题。当信号低于 4mA 时，就可以判断系统可能出现了故障，如断线等情况。 - 的发展与多样化
随着工业需求的不断变化，传感器的输出形式也从传统的 4 - 20mA 电流信号传输发展得更加多样化，如 3.33mV/V、2mV/V、0 - 5V 和 0 - 10V 等。这些多样化的输出形式能够更好地适应不同的工业应用场景，为工业自动化系统的设计和实现提供了更多的选择。
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