4～20mA电流变送器的工业控制应用
电流变送器作用和原理
电流变送器作用和原理电流变送器是一种广泛应用于工业自动化控制系统中的传感器，它可以将被测电流信号转换成标准电流或电压信号输出，从而实现对被测电流的监测、测量和控制。
电流变送器在工业生产中扮演着至关重要的角色，本文将从电流变送器的作用和原理两个方面进行介绍。
首先，我们来看电流变送器的作用。
电流变送器主要用于将被测电流信号转换成标准电流或电压信号输出，以便于对电流进行监测和测量。
在工业自动化控制系统中，电流变送器可以将被测电流信号转换成4-20mA的标准电流信号输出，或者0-5V、0-10V的标准电压信号输出，这些信号可以被PLC、DCS等控制器接收并进行进一步处理，实现对电流的精准控制。
此外，电流变送器还可以提供隔离和保护功能，将被测电流信号与控制系统进行隔离，从而保护控制系统不受电流信号的干扰和损坏。
其次，我们来看电流变送器的工作原理。
电流变送器的工作原理主要是通过霍尔效应或电流互感器原理来实现的。
在电流变送器中，通常会采用霍尔元件或电流互感器来感应被测电流信号，然后将其转换成标准电流或电压信号输出。
霍尔元件是一种基于霍尔效应的传感器，当被测电流通过导体时，会在导体周围产生磁场，霍尔元件可以感应到这个磁场的变化，并将其转换成电压信号输出。
而电流互感器则是利用电磁感应原理，通过在被测电流通路中绕制一圈绕组，当被测电流通过绕组时，会在绕组中感应出一个与被测电流成正比的电压信号输出。
通过这些原理，电流变送器可以将被测电流信号转换成标准电流或电压信号输出，实现对电流的测量和控制。
总的来说，电流变送器在工业自动化控制系统中扮演着至关重要的角色，它可以将被测电流信号转换成标准电流或电压信号输出，实现对电流的监测、测量和控制。
通过霍尔效应或电流互感器原理，电流变送器可以实现对电流信号的转换和输出。
在工业生产中，电流变送器的应用不仅可以提高生产效率，还可以保障生产安全，因此具有非常重要的意义。
二线制模拟电流4-20mA 信号变送电路设计
二线制模拟电流4-20mA 信号变送电路设计模拟工控网上用的4-20 mA 标准电流信号是工业上最常用的信号传输方法之一。
本文将介绍二线制方式的标准电流输出为4-20mA 的变送电路。
通过对集成电路AM462（电压电流转换变送电路）的应用举例，介绍了如何实现工业上常用的二线制变送接口电路，而它可以为程控机PLC 等直接传输信息。
针对不同的控制设备，介绍了相应的电路元器件的计算方法。
注意：下面的介绍对于AMG 公司生产的所有电压电流转换集成电路（AM400, AM402,AM422, AM442, AM460）原则上都是适用的[1]。
模拟电路接口工业上通常用电压0-5(10)V 或电流0(4)-20mA 作为模拟信号传输的方法，也是被程控机经常采用的一种方法。
那么电压和电流的传输方式有什么不同，什么时候采用什么方法，下面将对此进行简要介绍。
电压信号传输比如0-5(10)V如果一个模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。
原因是电压信号经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损失。
由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个电阻的和。
如果信号接收电路的输入阻抗是高阻的，那么由上述的电阻引起的传输误差就足够小，这些电阻也就可以忽略不计。
要求不增加信号发送方的费用又要所提及的电阻可忽略，就要求信号接收电路有一个高的输入阻抗。
如果用运算放大器OP 来做接收方的输入放大器，就要考虑到此类放大器的输入阻抗通常是小于<1MΩ。
原则上，高阻抗的电路特别是在放大电路的输入端是很容易受到电磁干扰从而会引起很明显的误差。
所以用电压信号传输就必须在传输误差和电磁干扰的影响之间寻找一个折中的方案。
电压信号传输的结论：如果电磁干扰很小或者传输电缆长度较短，一个合适的接收电路毫无疑问是可以用来传输电压信号0-5(10)V 的。
电流信号传输比如0(4)-20mA在电磁干扰较强的环境和需要传输较远距离的情况下，多年来人们比较喜欢使用标准的电流来传输信号。
变送器4-20mA电流的由来
变送器4-20mA电流的由来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，它们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。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
4-20mA，指的就是最小电流为4mA，最大电流为20mA。
在工业现场，要完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们会用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4-20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？很简单，如果0是最小，那么开路故障就检测不到了！那么，为什么偏偏是4mA呢？正常工作时，电流信号不会低于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。
有两个原因。
一个原因是为了避免干扰，另一个原因是在4-20mA使用的是两线制，即两根线即是信号线，同时也是电源线，而4mA是为了给传感器提供电路的静态工作电流用。
这个4-20mA控制回路是怎么工作的呢？4-20mA构成基础要件：24V电源供电变送器控制4-20mA信号使其与过程变量成比例变化指示器将4-20mA信号转化为相应过程变量指示器或控制器I/O输入电阻250Ω分流器生成1-5V输入信号（欧姆定律：电压=电流*电阻，4-20mAX250ohms=1-5V）通常情况下：1)它们将热电偶或热电阻传感器的温度信号转换为4-20mA信号然后再输出；2)控制器再将4-20mA反译为具体的温度值；3)基于此温度值，控制回路给实现对过程终端控制元件的控制。
同样，控制回路中的压力变送器，通常用来测量过程介质的压力值：1)传感器感知压力，又由变送器将信号转换为4-20mA 信号；2)控制器再将4-20mA信号反译为压力值；3)控制器根据压力值，给阀门发送指令，控制阀门开度实现安全阀控制，确保容器不产生危险压力。
标准信号4-20ma
标准信号4-20ma
标准信号4-20mA。
标准信号4-20mA是工业自动化领域中常用的一种模拟信号，它被广泛应用于
各种工业控制系统中。
本文将对标准信号4-20mA的基本原理、特点及应用进行介绍。
首先，标准信号4-20mA的基本原理是指在工业现场中，通过传感器将被测量
的物理量转换成电流信号输出。
其中，4mA通常表示被测量的低端数值，而20mA 表示被测量的高端数值。
这种信号输出方式具有较强的抗干扰能力，能够在长距离传输时保持信号稳定，因此在工业现场中得到了广泛的应用。
其次，标准信号4-20mA的特点主要包括以下几点，首先，它是一种模拟信号，能够实现连续变化的输出，适用于对精度要求较高的控制系统；其次，它具有较强的抗干扰能力，能够在工业现场复杂的电磁环境中稳定传输；最后，它能够实现长距离传输，通常在工业现场的控制系统中，传感器与控制器之间的距离较远，而标准信号4-20mA能够满足这一需求。
除此之外，标准信号4-20mA还具有广泛的应用。
它常用于温度、压力、液位
等各种工业参数的测量与控制。
例如，在温度控制系统中，温度传感器将温度转换成4-20mA的信号输出，然后传输至控制器进行处理；在液位控制系统中，液位传
感器将液位高度转换成4-20mA的信号输出，用于监测和控制液位。
总的来说，标准信号4-20mA作为工业自动化领域中常用的一种模拟信号，具
有稳定、可靠、抗干扰能力强等特点，被广泛应用于各种工业控制系统中。
它的应用范围涵盖了温度、压力、液位等各种工业参数的测量与控制，为工业自动化领域的发展做出了重要贡献。
采用4—20mA的电流来传输模拟量
采用4—20mA的电流来传输模拟量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。
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。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
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。
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。
一般需要设计一个VI转换器，输入0-3.3v，输出4mA-20mA，可采用运放LM358，供电+12v。
4到20ma转换压力 公式
4到20ma转换压力公式4到20mA是一种常用的电流信号传输方式，广泛应用于工业自动化控制系统中。
而在工业控制系统中，常常需要将压力信号转换为4到20mA的电流信号进行传输和处理。
本文将介绍4到20mA转换压力的原理和公式，并探讨其在工业控制系统中的应用。
在工业控制系统中，压力传感器是常用的传感器之一。
压力传感器能够将压力信号转换为电信号，并通过各种信号输出方式传输给控制系统。
而4到20mA电流信号是较为常见的一种输出方式，具有稳定性好、抗干扰能力强等优点，因此在工业控制系统中被广泛应用。
为了将压力转换为4到20mA的电流信号，需要使用一个压力变送器。
压力变送器是一种能够将压力信号转换为电流信号的装置。
在压力变送器中，通常采用电阻和电流源的组合来实现信号的转换。
其中，电阻和电流源的大小和比例决定了电流信号的大小和范围。
根据欧姆定律，电流等于电压除以电阻，即I=U/R。
在4到20mA 的范围内，电流的最小值为4mA，最大值为20mA。
因此，需要根据具体的压力范围和转换要求来确定电阻的取值。
假设我们需要将0到10 bar的压力信号转换为4到20mA的电流信号。
首先，需要确定最小压力对应的电流信号，即0 bar对应4mA的电流。
根据欧姆定律，可得U=I*R，即0.004A*R=U。
假设电流源的电阻为250欧姆，则U=0.004A*250Ω=1V。
因此，当压力为0 bar时，电压信号为1V。
接下来，需要确定最大压力对应的电流信号，即10 bar对应20mA 的电流。
同理可得U=0.02A*R，即0.02A*R=U。
仍然假设电流源的电阻为250欧姆，则U=0.02A*250Ω=5V。
因此，当压力为10 bar时，电压信号为5V。
将0到10 bar的压力信号转换为4到20mA的电流信号，需要将压力变送器的输出电压范围设定为1V到5V。
通过电阻和电流源的组合，可以根据欧姆定律实现压力信号到电流信号的转换。
在工业控制系统中，4到20mA电流信号的转换压力方式具有许多优点。
4-20ma 标准信号
4-20ma 标准信号4-20mA标准信号。
4-20mA信号是工业领域中常见的一种标准信号，它被广泛应用于各种传感器和控制器之间的通讯和数据传输。
本文将对4-20mA标准信号的特点、优势和应用进行介绍，以帮助读者更好地理解和应用这一标准信号。
4-20mA标准信号是指在工业控制领域中常用的一种模拟信号标准。
它的特点是信号稳定可靠，抗干扰能力强，传输距离远，适用于工业现场的恶劣环境。
4-20mA信号的工作原理是通过改变电流的大小来表示被测量的参数数值，通常情况下，4mA对应于零值，20mA对应于满量程值。
这种信号标准的优势在于其稳定可靠，不易受到外界干扰的影响，适用于长距离传输和噪声环境下的数据传输。
在工业自动化控制系统中，4-20mA信号被广泛应用于各种传感器和控制器之间的通讯和数据传输。
比如温度传感器、压力传感器、液位传感器等常常采用4-20mA信号输出，将被测参数的数值传输到控制器或监控系统中，实现对生产过程的实时监测和控制。
此外，4-20mA信号还可以通过信号隔离器、转换器等设备进行信号转换和放大，以满足不同设备之间的匹配和接口要求。
除了在工业自动化控制系统中的应用，4-20mA信号还被广泛应用于各种领域的数据采集和监测系统中。
比如环境监测、水质监测、气体浓度监测等领域，都会采用4-20mA信号传输被测参数的数值，以实现对环境变化的实时监测和数据采集。
由于4-20mA信号的稳定可靠和抗干扰能力强，使得它在这些领域的应用更加可靠和有效。
总的来说，4-20mA标准信号作为工业控制领域中常用的一种模拟信号标准，具有稳定可靠、抗干扰能力强、传输距离远的优势，被广泛应用于各种传感器和控制器之间的通讯和数据传输。
它在工业自动化控制系统、数据采集和监测系统中发挥着重要作用，为工业生产和环境监测提供了可靠的数据传输和监测手段。
希望通过本文的介绍，读者能对4-20mA标准信号有更深入的了解，并能更好地应用于实际工程中。
4到20mA变送器的电路设计
基于两线制的4/20mA变送器的电路设计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，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。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
采用电流信号的原因是不容易受干扰。
并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
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。
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，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，如图1C所示。
变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。
显示仪表只需要串在电路中即可。
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，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
4-20ma供电电路工作原理
4-20ma供电电路工作原理4-20mA供电电路工作原理一、引言4-20mA供电电路是一种常用的工业控制领域中的传感器供电和信号传输方式。
本文将介绍4-20mA供电电路的工作原理及其在工业控制系统中的应用。
二、工作原理1. 电流模拟量信号4-20mA供电电路是基于电流模拟量信号的传输方式。
在这种方式下，传感器输出的信号被转换成相应的电流值，然后通过电路传输到控制系统中进行处理和分析。
2. 电流变送器为了将传感器的信号转换为电流模拟量信号，通常需要使用电流变送器。
电流变送器通常由电流源、电阻和传感器组成。
电流源为电路提供稳定的电流，而电阻则用于控制电流的大小，使其在4-20mA 范围内变化。
传感器的输出信号通过电阻与电流源相连接，形成了一个闭合的电流回路。
3. 电流传输在4-20mA供电电路中，电流的大小代表了传感器输出信号的大小。
当传感器输出为最小值时，电流为4mA；当传感器输出为最大值时，电流为20mA。
通过改变电流的大小，可以实现对传感器信号的精确传输。
4. 电流计算在控制系统中，接收到电流模拟量信号后，需要进行电流转换以获得对应的传感器信号值。
通常，使用电流计算器进行计算。
电流计算器根据电流模拟量信号的范围和变化规律，将电流转换为相应的传感器信号值。
三、应用场景4-20mA供电电路在工业控制系统中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 温度测量在温度测量中，温度传感器通常输出电压信号。
通过将电压信号转换为电流模拟量信号，可以更好地适应工业环境中的干扰和电阻变化。
4-20mA供电电路能够稳定地传输温度信号，保证测量的准确性和可靠性。
2. 压力监测压力传感器通常输出电阻信号。
通过将电阻信号转换为电流模拟量信号，可以减小电阻变化对信号传输的影响。
4-20mA供电电路能够传输精确的压力信号，实现对压力变化的监测和控制。
3. 液位检测液位传感器通常输出电容信号或电阻信号。
通过将电容信号或电阻信号转换为电流模拟量信号，可以提高信号传输的稳定性和可靠性。
仪表隔离的工作原理应用
仪表隔离的工作原理应用1. 仪表隔离的概述在工业领域中，仪表隔离是一种常用的技术，用于保护传感器和测量仪表，将其与控制系统或其他设备电气隔离开。
仪表隔离的主要目的是防止信号干扰和电气干扰，确保测量结果的准确性和可靠性。
2. 仪表隔离的工作原理仪表隔离的工作原理主要基于电气隔离技术。
它通过使用隔离放大器或隔离变送器将源信号从被测量的传感器中获取，然后将它们转换成电气信号，使其能够在隔离的环境中传输。
隔离放大器或隔离变送器通常使用光电隔离或磁隔离技术，以实现光电耦合或磁耦合的隔离。
3. 仪表隔离的应用仪表隔离广泛应用于工业自动化和仪表测试领域。
以下是仪表隔离的一些常见应用：•4-20mA隔离：对于传统的4-20mA信号传输系统，使用4-20mA隔离模块可以有效隔离输入和输出信号，减少干扰和噪音。
•温度隔离：将温度传感器与控制系统进行电气隔离，以保护传感器免受外部电源或其他设备的电气干扰。
•需要长距离信号传输：当需要在远距离传输信号时，使用隔离放大器或隔离变送器进行信号放大和隔离，以确保传输的稳定性和可靠性。
•测量高电压或高电流：在测量高电压或高电流时，使用仪表隔离可以有效地保护测量设备，同时减少对控制系统和其他设备的潜在风险。
•防爆环境中的应用：在防爆环境中，使用仪表隔离可以确保测量仪表的安全性和稳定性，防止火花或电弧等危险事件的发生。
4. 仪表隔离的优势仪表隔离具有以下优势：•电气隔离：通过电气隔离技术，仪表隔离可以将输入和输出信号隔离开，减少信号干扰和电气干扰。
•保护测量设备：仪表隔离可以保护测量设备免受高电压、高电流和其他危险因素的损坏。
•提高信号质量：通过隔离放大器或隔离变送器，仪表隔离可以放大信号并消除信号中的噪音，提高信号质量。
•安全性：仪表隔离可以确保测量仪表和控制系统之间的电气安全，并防止潜在的危险事故发生。
5. 总结仪表隔离是一种重要的技术，在工业领域中有广泛的应用。
它通过电气隔离技术，保护测量设备，提高信号质量，确保测量的准确性和可靠性。
4-20ma隔离变送模块
4-20ma隔离变送模块
4-20mA隔离变送模块是一种常见的工业控制设备，它通常用于
将传感器测量到的信号转换成标准的4-20mA电流信号，并且具有隔
离功能，可以有效地隔离输入和输出信号，保护控制系统不受外部
干扰影响。
这种模块通常被广泛应用于工业自动化领域，例如压力、温度、液位等参数的测量和控制过程中。
在工业控制系统中，4-20mA电流信号是一种常见的标准信号类型，它具有很好的抗干扰能力和远距离传输能力。
隔离变送模块的
作用是将传感器产生的信号进行放大、滤波和隔离处理，然后输出
标准的4-20mA电流信号给控制系统，从而实现对被测参数的准确测
量和控制。
这种模块通常具有输入端和输出端的隔离功能，可以有效地防
止由于接地环路、电磁干扰等原因引起的测量误差和系统故障。
此外，一些4-20mA隔离变送模块还具有多种保护功能，如过载保护、
短路保护等，可以提高系统的稳定性和可靠性。
在选择4-20mA隔离变送模块时，需要考虑输入信号类型、量程
范围、精度要求、安装方式等因素，并且需要根据实际的控制系统
要求进行合理的配置和安装。
总的来说，4-20mA隔离变送模块在工业控制领域扮演着重要的角色，它的应用可以提高系统的稳定性、精度和可靠性，从而实现工业过程的自动化和智能化控制。
4-20MA
4～20mA电流变送器的工业控制应用4~20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而不纯洁；第二，传输线的电阻会产生电压降，那么接收端的信号就会产生误差；第三，在现场如何提供仪表放大器的不同的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA 高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。
由于TI的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。
4～20mA的校正传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光或手动电阻器调整，而调整是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。
电子器件和传感器调整起来不够方便。
现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽的调整范围；调整过程中不存在相互影响；电子器件和传感器可以很方便地调整。
4-20ma信号
4～20mA电流变送器的工业控制应用4~20mA电流环工作原理在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输信号就会受到噪声的干扰而不纯洁；第二，传输线的电阻会产生电压降，那么接收端的信号就会产生误差；第三，在现场如何提供仪表放大器的不同的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里XTR位于监控的系统端，由系统直接向XTR供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是XTR和传感器位于现场端，由于现场供电问题的存在，一般是接收端利用4～20mA的电流环向远端的XTR供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用，在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号，TI 拥有一些很方便的用于RTD和电桥的变送器芯片。
由于TI的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等，所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20mA的信号。
4～20mA的校正传统的4～20mA校正，要求特殊的夹具固定，需要特别的激光或手动电阻器调整，而调整是相互影响的，需要一个测试、调整，再测试、再调整的过程，调整次数和范围有限。
电子器件和传感器调整起来不够方便。
现代的数字化4～20mA校正，它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整；可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整；可以有无限的调整次数，并且有很好的分辨率和较宽的调整范围；调整过程中不存在相互影响；电子器件和传感器可以很方便地调整。
4-20ma变送器设计原理
4-20ma变送器设计原理4-20mA变送器是一种常见的工业控制设备，用于将传感器测量的物理量转换为标准的4-20mA电流信号，以便与其他设备进行通信和控制。
在设计4-20mA变送器时，需要考虑一些重要的原理和参考内容，以确保其正常运行和可靠性。
一、4-20mA信号的优势和适用场景1.抗干扰能力强：4-20mA信号采用电流数据传输，相对于电压信号来说，更抗干扰，能更好地适应工业现场复杂的电磁环境。
2.传输距离长：4-20mA信号传输的电流不容易受电阻值的影响，可以长距离传输，在数千米的距离上也能保持信号的稳定性。
3.便于判断故障：对于4-20mA变送器，0mA和4mA可以用来表示故障状态，通过监测电流大小可以方便地判断传感器或变送器是否正常工作。
二、4-20mA变送器的设计原理1.电源供电：4-20mA变送器一般采用两种供电方式，一种是直流供电，一种是二线制供电。
直流供电方式可以采用稳压电源或者电池供电，确保电源电压稳定可靠；二线制供电则是利用安装在控制系统上的直流电源供电，节省了电源线的布线成本。
2.信号采集：4-20mA变送器需要采集传感器测量的物理量并转换为相应的电流。
一般采用放大器、运放、AD转换器等电路来实现信号的放大和电流的转换。
在设计时需要考虑信号输入范围、增益调节、精度和稳定性等因素。
3.线性转换：4-20mA变送器需要将所采集到的物理量转换为标准的4-20mA电流信号。
这个转换过程一般通过电路中的放大器和电流环路来实现。
其中，0-10V信号一般通过放大器将其转换为0-1mA的电流信号，然后再通过流环的调节，将电流调整为4-20mA。
4.电流输出：4-20mA电流信号输出需要满足控制系统的要求，输出的电流应当稳定准确。
因此，在设计中需要考虑电路中的温漂校准、负载电阻的影响、电流稳定性等因素。
三、4-20mA变送器设计的参考内容1.电源的选择和稳定性：选择适合的电源电压和电流输出，通过稳压电源或者滤波电路来保证电源电压的稳定性和纹波的小。
4-20ma芯片
4-20ma芯片4-20mA芯片是一种广泛应用于工业控制领域的传感器信号转换器，它能够将传感器信号转换成4-20mA的电流输出。
4-20mA芯片的主要作用是将来自传感器的模拟信号转换成一种标准的电流信号，这种电流信号可以在远距离传输过程中保持较好的抗干扰性能。
同时，4-20mA电流信号的范围适中，可以通过简单的电流表进行检测和测量，方便实时监控和控制。
4-20mA芯片的工作原理是通过电流变送器来实现电流信号的转换。
传感器通常会产生一个数量级较小的模拟信号，比如0-5V或者0-10V。
这些信号会经过AD转换器将其转换为数字信号，再传递给带有DAC功能的芯片，将数字信号转换为一定范围内的电流信号输出。
4-20mA芯片的转换范围是选择性的，可以根据不同的需求进行调整。
一般来说，0mA对应的是传感器信号的最低测量值，而20mA对应的是传感器信号的最高测量值。
在实际应用中，我们需要通过调整芯片的放大倍率或者增益来设置4-20mA信号输出的上下限。
4-20mA芯片的使用具有一定的优势。
首先，电流信号输出抗干扰能力强，不受电压降低和电源噪声的影响，可以在较长距离范围内传输信号。
其次，4-20mA信号传输对线路电阻的影响较小，不会因为电阻变化而导致信号失真。
另外，4-20mA信号转换成电压信号相对容易，可以直接通过ADC进行数字化处理。
4-20mA芯片的应用非常广泛。
在工业自动化领域，它被广泛应用于测量和控制过程中，比如温度、压力、液位等参数的监测。
此外，4-20mA信号转换器也可以用于传感器以外的信号转换，如电压、电流、电阻等其他类型的信号。
总之，4-20mA芯片作为一种传感器信号转换器，在工业控制领域拥有广泛的应用。
它可以将传感器信号转换成标准的4-20mA电流信号输出，具有良好的抗干扰性能和信号传输能力，为工业自动化系统的稳定运行提供了可靠的数据支持。
变送器的工作原理及应用
变送器的工作原理及应用工作原理变送器是一种电子设备，用于将物理量（如压力、温度、流量等）转换为标准信号（如电流、电压等），以便传输、测量和控制。
其工作原理可以分为以下几个方面：1.传感器：变送器通常与传感器配合使用，传感器负责感知待测物理量并将其转换为电信号。
常用的传感器包括压力传感器、温度传感器、液位传感器等。
2.信号调理：变送器对传感器输出的信号进行放大、滤波和线性化等处理，以确保信号的准确性和稳定性。
3.信号转换：在信号调理的基础上，变送器将信号转换为符合标准的信号形式，如电流信号（4-20mA）、电压信号（0-10V）等。
4.信号传输：变送器将转换后的信号传输给后续的测量、控制设备，如远程显示仪表、控制系统等。
应用变送器在工业自动化控制领域有着广泛的应用。
下面列举几个常见的应用场景：1.压力变送器：压力变送器广泛应用于工业过程控制中，用于测量和监控管道、容器等介质的压力。
通过将压力转换为标准的电信号，可以实现对压力的远程监控和控制。
2.温度变送器：温度变送器常用于温度测量和控制系统中，常见于化工、冶金、电力等行业。
它可以将温度传感器感知到的温度转换为标准的电信号，在温度范围内实现测量、报警和控制。
3.液位变送器：液位变送器用于测量和控制液体介质的高度或接触点位置。
在化工、石油、造纸等行业中，液位变送器广泛应用于储罐、槽、管道等设备的液位监测和控制。
4.流量变送器：流量变送器在流体控制和测量领域中起着重要作用。
它可以通过测量液体或气体的流速、流量来实现对流体的控制和监测，广泛应用于化工、制药、电力等行业。
5.氧气变送器：氧气变送器用于测量和监控环境中的氧气含量。
在环境保护、生物工程、医疗设备等领域中，氧气变送器可以提供重要的数据支持，保障环境质量和人类健康。
除了以上几个常见的应用场景，变送器还可以用于其他物理量的测量和控制，如PH值、电导率、振动等。
通过将待测物理量转换为标准信号，变送器在工业自动化领域中发挥着重要的作用。
一种4mA~20mA电流环的实际应用
一种4mA~20mA电流环的实际应用作者：陈群英来源：《科学之友》2010年第09期摘要:AD421是美国ADI公司的器件,它以串行方式输入16位数字信号,经数模转换后以4 mA～20 mA电流形式输出。
本文首先介绍了AD421内部结构及工作原理,最后具体介绍了一种基于AD421的4 mA～20 mA的电流环的输出的实现方法。
关键词:AD421;4 mA～20 mA电流环路输出数模转换器;Σ ΔDAC中图分类号:TM422 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)09-0009-031概述AD421是一款完全的、回路供电的、数字量输入、4mA～20mA模拟量输出的转换器。
可提供高精度的、完全集成的、低成本的紧凑的16引脚封装。
它内部包含可选的电压调节器,可为自身及外围电路提供+5V、+3.3V、+3V电压。
该元件还包含两个基准电压:+1.25V、+2.5V。
因而省去了分立的电压调节器和参考电压。
唯一需要外接的是一些无源元件和跨接到电压环路的传输管。
内部DAC模块采用Σ-Δ结构,保证了16位的单调性,积分非线性误差为±0.01 %。
4 mA输出电流下的误差范围为±0.01 %,20 mA电流输出的增益误差为±0.02 %。
AD421采用16引脚DIP,SOIC封装形式,工作温度为-40 ℃～+85 ℃。
2管脚功能说明AD421引脚排列见图1。
(1)REF OUT1:参考电压输出(+1.25V输出口)。
(2)REF OUT2:参考电压输出(+2.5V输出口)。
(3)REF IN:AD421的参考电压由此引脚输入。
(4)LV:电压调节控制输入端。
(5)LATCH:锁存脉冲输入引脚,DAC锁存输入端。
逻辑输入。
(6)CLOCK:数据时钟输入。
(7)DATA:数据输入引脚。
(8)LOOPRTN:循环电流输出。
(9)COM:公共端。
是AD421模拟和数字输入/输出的参考电位以及电压调节输出端。
4到20mA变送器的电路设计
基于两线制的4/20mA变送器的电路设计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，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。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
采用电流信号的原因是不容易受干扰。
并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
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。
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，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，如图1C所示。
变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。
显示仪表只需要串在电路中即可。
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，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
两线制压力变送器设计(4-20mA原理)x.doc
两线制压力变送器设计2008-01-24 14:27分类：字号：小开篇: 认识两线制传感器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，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。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
采用电流信号的原因是不容易受干扰。
并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
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。
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，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，如图1C所示。
变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。
显示仪表只需要串在电路中即可。
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，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
2.两线制变送器的结构与原理两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
变送器4-20mA电流的由来
变送器4-20mA电流的由来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，它们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。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
4-20mA，指的就是最小电流为4mA,最大电流为20mA。
在工业现场，要完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们会用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感°4-20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
为什么选择4-20mA 而不是0-20mA 呢？很简单，如果0是最小，那么开路故障就检测不到了！那么，为什么偏偏是4mA 呢？正常工作时，电流信号不会低于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。
有两个原因。
一个原因是为了避免干扰，另一个原因是在4-20mA 使用的是两线制，即两根线即是信号线，同时也是电源线，而4mA 是为了给传感器提供电路的静态工作电流用。
这个4-20mA 控制回路是怎么工作的呢？4-20mA 构成基础要件：24V 电源供电变送器控制4-20mA 信号使其与过程变量成比例变化指示器将4-20mA 信号转化为相应过程变量指示器或控制器I/O 输入电阻250Q 分流器生成1-5V 输入信号（欧姆定律：电压=电流*电阻，4-20mAX250ohms=1-5V ）Ph T G ffll ZERO SPAH —■-2钱制变送器忘丢准制需■JS1-薩 4tc 20mA■*I■Fg通常情况下：1）它们将热电偶或热电阻传感器的温度信号转换为4-20mA信号然后再输出；2）控制器再将4-20mA反译为具体的温度值；3）基于此温度值，控制回路给实现对过程终端控制元件的控制。
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4～20mA电流变送器的工业控制应用
4~20ma电流环工作原理在工业现场,用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输,会产生以下问题：第一,由于传输的信号是电压信号,传输线会受到噪声的干扰;第二,传输线的分布电阻会产生电压降;第三,在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响,我们用电流来传输信号,因为电流对噪声并不敏感。
4～20ma的电流环便是用4ma表示零信号,用20ma表示信号的满刻度,而低于4ma高于20ma 的信号用于各种故障的报警。
4～20ma电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时,一般采用三线制变送器,这里xtr位于监控的系统端,由系统直接向xtr供电,供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是xtr和传感器位于现场端,由于现场供电问题的存在,一般是接收端利用4～20ma的电流环向远端的xtr供电,通过4～20ma来反映信号的大小。
4～20ma产品的典型应用是传感和测量应用,见图1。
在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20ma的电流信号,ti拥有一些很方便的用于rtd和电桥的变送器芯片。
由于ti的变送器芯片含有通用的功能电路比如电压激励源、电流激励流、稳压电路、仪表放大器等,所以可以很方便地把许多传感器的信号转化为4～20ma的信号。
电桥传感器的大多数应用是用于测量压力。
在一个实际电路中,如果惠斯登电桥每条臂上的电阻为2k ,那么无论从激励电压端或差分输出端看进去,它的等效电阻都是2k 。
在没有压力的时候,它的电桥是平衡的,输出电压为0。
当施加压力时,由于电桥失衡,会产生一个差分电压,差分电压便会反映这个压力的大小。
满度和色调是压力传感器的两个主要技术指标,现实世界里使用着的传感器都存在着一定的非线性,它的输出电压会随着温度的变化而变化。
输出电压随温度的变化不是线性的,满度和色调都具有这种性质。
4～20ma的传感器信号调理解决方案
4～20ma电流环在结构上由两部分即变送器和接收器组成,变送器一般位于现场端、传感器端或模块端,而接收器一般在plc和计算机端,它一般在控制器内。
二线制4～20ma电路应用,其工作电源和信号共用一根导线,工作电源由接收端提供。
为了避免50/60hz的工频干扰,采用电流来传输信号。
二线制方案需要考虑的主要问题：确定所用接收器的数量,当有多个接收器时,它将要求变送器拥有一个较低的工作电源电压。
另外一种考虑是降低回路电流在接收端的压降。
二线制方案设计需要考虑：
（1）电路环中的接收器的数量：更多的接收器将要求变送器有较低的工作电压; （2）变送器所必需的工作电压要有一定的余量;
（3）决定传感器的激励方法是电压还是电流。
图2为ti提供的带有电压调节和参考电路的二线制方案。
图中xtr115/116是用于4～20ma 信号的精密的信号转换器,它包含有5v电压的稳压电路,可以向外部电路供电。
一个精密的片上基准电压可以用于电压偏置或者传感器的激励。
三线制4～20ma电路在设计上是由变送器端提供工作电源,为避免50/60hz的工频干扰,采用电流来传输信号。
xtr调节器和现场的负载共用一个地接。
方案设计需要考虑：
（1）电流环路中的接收器的数量;
（2）更多的接收器要求变送器拥有更高的工作电压;
（3）保证变送器所必需的工作电压,并应该有一定的余量。
ti提供的三线制的变送器应用方案,图中xtr110是一个用于模拟信号传送的精密的电压-电流转换器,它可以将0～5v或0～10v的输入电压直接转换到4～20ma、0～20ma、5～25ma的输出信号。
xtr110含有精密的电阻网络,以适应不同的输入输出要求。
一个10v的电压参考可以用于驱动外部电路。
4～20ma的校正
传统的4～20ma校正,要求特殊的夹具固定,需要特别的激光或手动电阻器调整,而调整是相互影响的,需要一个测试、调整,再测试、再调整的过程,调整次数和范围有限。
电子器件和传感器调整起来不够方便。
现代的数字化4～20ma校正,它允许电子器件和传感器在封装之后进行调整;可通过计算机计算出校正系数来简化数值调整;可以有无限的调整次数,并且有很好的分辨率和较宽的调整范围;调整过程中不存在相互影响;电子器件和传感器可以很方便地调整。
xtr108是ti提供的校正4～20ma的解决方法。
它具有480 a的电流参考,它提供rtd的非线性校正,不需要外加可调电阻器。
xtr108的特点有：（1）具有传感器的线性化电路;
（2）数字校正。
通过spi接口可以直接对xtr108设置,通过spi接口可直接编程eeprom; （3）自动稳零的可编程增益的应用放大器的增益范围为6.26～400倍;
（4）rtd激励的可编程电流的分辨率为1.54 a;
（5）校正参数存储在外接的eeprom中;
（6）可编程的过量程和欠量程的输出。
此外,ti还提供一款桥路传感器的数字校正解决方案——pga309,它是专为压力桥路传感器设计的可编程模拟信号调节器。
它模拟放大器传感信号并提供对色调电压和满度电压的数字校正,由于避免了手动调整而获得了长期的稳定性,并将输出电压信号转换成4～20ma的输出。