4-20ma_电流环工作原理
4-20ma 电流环工作原理
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。
图1 (略)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。
电流环工作原理
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。
4-20mA输出电路讲解
4-20mA输出电路一、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：1.由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；2.传输线的分布电阻会产生电压降；3.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。
对4－20mA电路的输出要求1）输出电流与输入电压成正比；2）输出电流为恒流源。
即当负载电阻在规定范围内变化时，输出电流保持不变；3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。
二、4-20mA电路1. 7362405593由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R 为负载电阻。
其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压V+输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上。
由运放性质可知：V-= Ie•Rw= (1+ k)Ib•Rw (k为BG9013的放大倍数)，流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k•Ib。
令R1=R2，则有V+= V- = V0+Vm= (1+k)Ib•Rw= (1+1/k)Io•Rw，其中k>1所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw其中：Io 为输出到负载的电流Vo 为偏置电压Vin为输入电压即待转换电压Rw为反馈电阻即三极管射极电流Ie流经的电位器或电阻由上述分析可见，输出电流Io的大小与输入电压Vin成正比(偏置电压和反馈电阻Rw为定值时)，而与负载电阻R的大小无关，说明电路良好的恒流性能。
两线制4-20ma原理
两线制4-20ma原理4-20mA（毫安）是一种常见的电流信号传输标准，常用于工业控制系统中，例如传感器和执行器之间的信号传递。
两线制（Two-Wire）4-20mA是指使用两根导线进行信号传输的系统。
以下是两线制4-20mA的基本原理：1.电流范围：4-20mA的范围表示电流信号的范围。
在正常运行情况下，传感器或设备产生的电流在4mA到20mA之间变化，对应了相应的测量范围。
4mA通常表示零点，而20mA表示满量程。
2.两线制：使用两根导线进行信号传输，其中一根是电流的信号线，另一根是信号线和电源的共地线。
这简化了布线，降低了系统的成本，因为只需要两根导线就能传输电源和信号。
3.电流信号：在4-20mA标准中，电流信号的范围对应于测量值的范围。
例如，一个温度传感器可能在25摄氏度时输出4mA的电流，而在75摄氏度时输出20mA的电流。
这种方式对比电压信号更抗干扰，因为电流信号不容易受到电阻和线路阻抗的影响。
4.设备供电：在两线制4-20mA系统中，通常使用环回供电（Loop-Powered）方式。
即，传感器或设备通过同一根导线接收电源供电。
这就要求设备能够工作在非常低的电流下，以确保在电流范围内提供足够的电源。
5.信号解析：接收端的控制系统测量电流值，并将其解析为相应的物理量，例如温度、压力或液位。
通常，控制系统中有专门的模块或电路用于解析4-20mA电流信号。
总体来说，两线制4-20mA系统的优势在于抗干扰性强、布线简单、成本相对较低，因此在工业环境中被广泛应用于传感器和执行器的信号传输。
4 20ma 控制开度原理
4 20ma 控制开度原理4-20mA控制开度原理引言：4-20mA是一种常用的工业控制信号，被广泛应用于自动化系统中的开关控制和过程控制。
本文将介绍4-20mA控制开度原理及其应用。
一、4-20mA控制信号的基本原理4-20mA控制信号是指在工业控制系统中，通过电流的变化来传递控制信息。
其中，4mA表示最低控制信号，而20mA表示最高控制信号。
这个范围内的电流变化可以对应于被控对象的开度变化。
二、4-20mA控制开度的工作原理4-20mA控制开度的工作原理可以简单描述为：通过改变电流的大小来改变被控对象的开度。
具体而言，当控制信号为4mA时，被控对象的开度为最小值；当控制信号为20mA时，被控对象的开度为最大值。
在4mA到20mA之间的电流变化可以线性地对应于开度的变化。
这种线性关系可以通过合理设计和调节电路来实现。
三、4-20mA控制开度的优势1. 抗干扰能力强：4-20mA控制信号相对于电压信号来说，具有更好的抗干扰能力。
在长距离传输时，电流信号的衰减相对较小，能够保持较好的稳定性。
2. 多设备并联：4-20mA控制信号可以通过多个设备的并联来控制同一个被控对象。
这种并联方式可以大大提高系统的可靠性和灵活性。
3. 易于诊断故障：通过检测电流信号的大小，可以判断控制系统是否正常工作。
在存在故障的情况下，可以通过电流信号的异常来快速定位和诊断问题。
四、4-20mA控制开度的应用1. 温度控制：在温度控制系统中，可以通过4-20mA控制信号来调节加热器的功率，从而控制温度的变化。
2. 液位控制：在液位控制系统中，可以通过4-20mA控制信号来控制泵的流量，从而实现液位的控制。
3. 压力控制：在压力控制系统中，可以通过4-20mA控制信号来调节阀门的开度，从而控制压力的变化。
4. 流量控制：在流量控制系统中，可以通过4-20mA控制信号来调节阀门的开度，从而控制流量的变化。
结论：4-20mA控制开度原理是一种常用的工业控制手段，通过改变电流的大小来实现对被控对象开度的控制。
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。
两线制4-20ma原理
两线制4-20ma原理两线制4-20mA电流回路是工业自动化中一种常见的模拟信号传输方式。
它在工业控制现场中广泛应用，用于传输测量、监测和控制设备的模拟信号。
该回路的原理很简单，是通过将模拟信号转换为标准的4mA到20mA的电流，然后通过两根导线传输至远程设备，最后再将电流信号转换回模拟信号进行处理。
以下是该回路的详细解析。
1.原理概述两线制4-20mA电流回路采用4mA到20mA的电流范围来表示模拟量的变化。
其中4mA表示信号的最小值，20mA表示信号的最大值。
这种电流范围相对较大，有助于提高信号传输的抗干扰能力，特别适用于工业环境中电磁干扰较多的场合。
2.发送端在发送端，首先需要将模拟信号转换为相应的电流信号。
通常使用模拟信号转换模块，例如模拟电流输出模块，将0-10V或0-20mA等模拟信号转换为4-20mA的电流输出信号。
此时，电流根据输入模拟信号的大小进行调节，当模拟信号为0时，输出电流为4mA；当模拟信号达到最大值时，输出电流为20mA。
3.传输线路经过模拟信号转换后，输出的4-20mA电流信号将通过两根导线进行传输。
这两根导线通常称为“回路电源线”和“回路信号线”。
回路电源线提供电流回路所需的电源供电，实时监测电流波动情况；而回路信号线则用于传输电流信号。
4.接收端在接收端，需要将电流信号重新转换为模拟信号进行处理。
通常使用接收模块，例如模拟电流输入模块，将4-20mA的电流信号转换为0-10V或0-20mA等模拟信号。
接收模块会根据电流信号的大小，将其转换为相应的模拟信号输出。
5.电源供电两线制4-20mA电流回路的电源供电方式有两种常见的形式：一是使用回路电源，即在回路电源线中提供电源供电；二是使用第三方电源供电，即通过外部电源为回路提供电源。
回路电源通常具有一定的过压和短路保护功能，确保电源稳定和回路安全。
6.优势和应用两线制4-20mA电流回路在工业自动化中具有以下优势：-高抗干扰能力：电流信号相对于电压信号，具有更好的抗干扰能力，能够有效抵御外界电磁干扰对信号传输的影响。
4-20ma信号原理
4-20ma信号原理
4-20mA信号是一种常见的工业控制信号，用于传输和测量模拟量信号。
它是指电流的范围从4mA到20mA，对应于被测量的变量的范围。
4-20mA信号的原理基于电流的线性关系。
当被测量的变量处于最低值时，电流为4mA；当被测量变量处于最高值时，电流为20mA。
通过改变电流的大小，可以传递和测量不同的变量值。
这种原理使4-20mA信号具有较好的抗干扰性和远距离传输能力。
在实际应用中，4-20mA信号通常通过传感器来产生，传感器将被测量的变量转换为相应的电流输出。
这个电流信号可以通过电缆传输到控制室或其他设备进行处理和监测。
为了确保信号的准确性和稳定性，4-20mA信号通常需要与外部电源相连接。
外部电源为信号提供所需的电能，同时也提供了电流的参考点。
通过与电源相连接，4-20mA信号可以相对地进行测量，这意味着当电流超过4mA时，表示被测量的变量值超过了最低值。
在接收端，有相应的电路和设备来解读和处理4-20mA信号。
这些设备通常包括比例放大器、变送器和数据采集系统等。
它们可以将电流信号转换为可读取的数值，并进行进一步的控制和监测。
总的来说，4-20mA信号是一种常见的工业控制信号，通过改
变电流的大小来传递和测量不同的变量值。
它的原理基于电流的线性关系，具有较好的抗干扰性和远距离传输能力。
在实际应用中，需要与外部电源相连接，并通过相应的电路和设备来解读和处理信号。
4-20ma反馈原理
4-20ma反馈原理
4-20mA反馈原理是指在工业自动化控制系统中，使用4-
20mA电流信号来传递被测量参数或控制参数的信息。
具体来说，4-20mA反馈原理是基于欧姆定律和电流信号传输
的原理。
根据欧姆定律，电流等于电压除以电阻。
在4-20mA
反馈原理中，通常会使用一个电流环来传输信号。
在这个电流环中，被测量参数或控制参数会被转换为一个对应的电压信号。
电流环的输入电阻通常是一个恒定的电阻值，通常为250欧姆。
通过欧姆定律，根据输入电阻的电压和电阻值，可以计算出电流。
这个电流信号的范围通常被限制在4-20mA。
4mA通常代表着被测量参数或控制参数的最低值，而20mA
则代表着最高值。
这样的范围选择是为了提高信号传输的稳定性和抗干扰能力。
同时，4-20mA的电流信号也具有较好的传
输距离和抗干扰能力，适用于长距离传输和工业环境中的电磁干扰。
接收端可以根据电流信号的大小来判断被测量参数或控制参数的数值。
通常会使用一个模拟转换器将电流信号转换为数字信号，然后再经过处理和显示。
总的来说，4-20mA反馈原理通过电流信号的变化来传递被测
量参数或控制参数的信息，具有稳定性、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用于工业自动化控制系统中。
4-20ma供电电路工作原理
4-20ma供电电路工作原理4-20mA供电电路是一种常用的工业现场仪表传输电路，其工作原理基于电流传输的方式。
在这种电路中，4-20mA电流信号被用来传输被测量的物理量，如压力、温度、流量等。
4-20mA供电电路通过电源将电流信号提供给传感器。
传感器根据被测量的物理量的变化，将其转化为相应的电流信号。
这个电流信号的范围被限制在4mA到20mA之间，这是为了保证信号的可靠性和稳定性。
4-20mA的电流信号被认为是一种理想的传输方式，因为它有很多优点。
首先，它具有较高的抗干扰能力。
由于电流信号是通过电路传输的，它不容易受到外界电磁干扰的影响。
其次，4-20mA电流信号能够传输较长的距离，因为电流信号受电阻的影响较小。
此外，4-20mA电流信号还可以在不同的设备之间进行隔离，以防止信号干扰。
在接收端，4-20mA电流信号经过一系列的电路处理，被转换为对应的物理量。
这个过程涉及到电流到电压的转换和数模转换等。
最常见的处理方式是使用电阻来将电流信号转换为电压信号。
这样可以方便地通过电压表或模数转换器来读取信号的数值。
为了确保4-20mA供电电路的正常工作，一般会使用电流环路来监控电流的变化。
电流环路通常由电流源、电流传感器和电流控制器组成。
电流源负责提供稳定的电流，电流传感器负责监测电流的变化，而电流控制器则负责对电流进行调节和控制。
在实际应用中，4-20mA供电电路广泛用于工业自动化控制系统中。
它可以与各种传感器配合使用，如压力传感器、温度传感器、流量传感器等。
通过将这些传感器与4-20mA供电电路连接起来，可以实现对工业过程参数的实时监测和控制。
4-20mA供电电路是一种可靠、稳定的工业现场仪表传输电路。
它通过电流信号传输被测量的物理量，并在接收端进行相应的处理和转换。
由于其抗干扰能力强、传输距离远，并且易于监测和控制，因此被广泛应用于工业自动化控制系统中。
通过了解4-20mA供电电路的工作原理，我们可以更好地理解和应用这种传输方式。
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。
4-20 ma电流环原理分析
4-20 ma电流环原理分析最近接触到的传感器比较多，大多数接口信号为4-20ma的电流信号。
于是查了一些资料，并不是太理想。
以下是参考了一些网上的观点，结合自己的理解，写的东西。
有不对的地方还请各位提出来，大家互相学习共同进步。
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。
一般传感器会把一个物理信号利用电桥等转化为与之对应的电信号，比如电压或电流。
下面以一个恒流源电路来分析电压信号怎么产生与负载无关的电流信号，当然要产生4-20ma的电流信号，则把电压信号利用放大电路进行变换之后肯定是能做到的。
如果传感器直接出来的是电流信号，则可以先变为电压信号，再经过信号调理电路肯定还能转换到4-20ma的电流信号。
当然变换过程中的关系别人不需要知道。
但是自己得知道，上学期在做测量PH值信号好离子浓度信号的电路时我就是把中间的关系一步一步推出来，这样才能知道4ma的电流对应的物理量是多上，20ma的信号对应的物理量是多上。
废话太多了，下面看看这个恒流源电路吧这个电路叫郝兰德电路，是典型的电压电流转换电路。
其特点是负载电阻有一端接地(恒流源通常有这个要求)，而取样电阻两端均不接地。
之所以能够实现这个要求，关键就是上面一个运放和电阻的匹配。
上面一个运放显然是跟随器，其输入阻抗很高，可以看成开路，其输出阻抗很低，可以看成电压源，而电位与Rs右端相同。
这样就避免了R2中电流对输出的影响(R2不从输出端取用电流)。
利用运放的虚短和虚断可以退出加在RL两端的电压是 V*RL*R2/R1/RS,因此流过RL的电流IL为V/RS*R2/R1,与负载无关。
4-20ma工作原理剖析
4-20ma一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA 。
传输信号时候，要考虑到导线上也有电阻，如果用电压传输则会在导线的产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差了！所以使用电流信号作为变送器的标准传输！中文名4-20ma最小电流4mA最大电流20mA特点具有传感器的线性化电路概述一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA 。
传输信号时候，要考虑到导线上也有电阻，如果用电压传输则会在导线的产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差了！所以使用电流信号作为变送器的标准传输！那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？为了减少接线的复杂性，传感器选择2线要比多线简单的多，2线既要传输信号，又要给传感器供电，所以设计者从中盗窃4mA 电流给传感器放大电路供电，这样4-20mA的标准就确定了。
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。
采用4~20mA的电流来传输模拟量的根本原因
采用4~20mA的电流来传输模拟量的根本原因RS232，RS485，CAN等是攻城狮们再熟悉不过的东西了，他们都是工业上常用的总线，都是传输数字信号的方式。
那么，我们用什么方式来传输模拟信号呢？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。
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。
我们系统地来看看模拟量设备为什么都偏爱用4~20mA传输信号~4-20mA. DC(1-5V.DC)信号制是国际电工委员会( IEC )过程控制系统采用的模拟信号传输标准。
我国也采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采用4-20mA.DC，接收信号采用1-5V.DC，即采用电流传输、电压接收的信号系统。
一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指最小电流为4mA,最大电流为20mA 。
2线制和3线制的4-20mA电流环传输电路简介
1、为什么使用4-20mA电流环在远距离、复杂的工业现场，常常需把远距离之外的信号采集回来，通常需要考虑几个问题：（1）如果直接将采集的电压信号通过长线传输，信号在传输线上会受到噪声干扰；（2）超长的导线上会有不少压降，影响传输精度；（3）如何为远端的采样电路提供电源，是个棘手的问题。
为了解决上述问题，我们可以使用电流来传输信号，4-20mA电流环就是应用于这一场景的标准。
我们看看电流传输是如何解决上述问题的：（1）如果传输电流信号，接收端的阻抗可以很小，所以噪声干扰不容易耦合进来；（2）电流信号在整个环路上任何一个地方测量都是一样的，再长的线也不会有精度损失；（3）使用电流传输，远端可以通过传输线上的电流取电，不用额外提供电源。
4-20mA电流环在结构上，一般由两部分组成，即变送器和接收器。
变送器一般位于远端，直接获取现场的传感器信号；而接收器一般位于计算机端，用于采集、存储信号。
4mA表示零信号，20mA表示满量程信号，4~20mA就能表示出一个模拟量。
之所以不采用0mA作为零信号，是因为如果传输线断开，那么接收端可能错误地认为变送器在一直发送零信号；另一方面，传输线上保持一直有电流，则使得变送器从信号线上取电成为可能，这就是2线制电流环的设计理论基础。
4-20mA电流环有两种类型：2线制、3线制，下面分别介绍一下它们的原理。
2、3线制电流环工作原理先讲容易理解的3线制电流环。
如下图所示，图中箭头为电流方向，红色为4-20mA电流信号线。
接收器和变送器之间有3根线，其中有两根是VCC和GND，用于接收器给变送器供电；还有一根就是用来传输4-20mA电流信号的。
变送器端通过VCC和GND获取电源，在采集了传感器信号后，将信号转为4-20mA的电流信号，传输回接收端，接收端用电阻采样即可。
3、2线制电流环工作原理基本原理如下图所示，图中箭头为电流方向，红色为4-20mA电流信号线。
二线制4-20mA电流环，变送器和接收器之间只有两根线连接，这一对线既是信号传输线，也是接收端为远端变送器提供电源的供电线。
4-20ma工作原理
4~20mA电流环工作原理2008-04-07 22:40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。
图1 (略)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电流环工作原理
问：变送器传输过来的信号应该怎么处理？是不是 先要经过电流到电压的变化然后再到ADC？对 ADC的选择有什么特殊的考虑？
答：变送器传输的信号主要是一个电流信号，如果要 采集它，一般要经过电流到电压的转换，这个TI 有一个RCV420可以实现转换。对于ADC的选 择，主要根据对信号精度的要求来考虑。
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。
（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。
问：接收二线制4~20mA信号与三线制4~20mA信 号，在接收方式和信号处理上有何不同？要注 意些什么问题？
答：在接收方式上，如果是二线制4~20mA信号，由 接收端向SPI（串行外围设备接口）端提供电源，通过电源线经过4~20mA 信号线来提供电源。三线制4～20mA信号是由 发生端（SPI）来提供电源的，所以说它们提供的 电源是不同的，一个是由接收端而另一个是从远 端来提供电源的。
问：应该采取哪些措施实现4～20mA变送器的信号 隔离？
答：对4~20mA变送器的安全隔离可以有两种方法： 一是变送器端的隔离，一是接收端的隔离。现 在若有24V电压供给一个XTR115的芯片，XTR115 内部可以将24V电压直接转换为一个5V稳压电 压输出，对这个5V的稳压电压进行展波，经过一 个脉冲电压器由此可以向前面提供一个隔离电 源，然后再把模拟信号转换成数字信号，再经过 一个隔离以后再提供给XTR115，再进行长线传 输， 这个时候就完成了模拟信号到4~20mA环路 里面的隔离。如果对4~20mA变送器不进行隔 离的话，也可以在接收端加一个RCV420将电流 转换成电压，再经过一个ISO124隔离放大器进行 隔离，同时再经过一个DC/AC转换器向电路进 行退电供电，这样也能完成对4～20mA变送器 信号的隔离。
4-20mA输出电路讲解
4-20mA输出电路一、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：1.由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；2.传输线的分布电阻会产生电压降；3.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。
对4－20mA电路的输出要求1）输出电流与输入电压成正比；2）输出电流为恒流源。
即当负载电阻在规定范围内变化时，输出电流保持不变；3）输出电流对电源变化、环境温度等的变化不敏感。
一般地，还要附加一个要求，即输入电压与输出电流共地。
二、4-20mA电路1. 7362405593由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R 为负载电阻。
其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压V+输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用在电位器Rw上。
由运放性质可知：V-= Ie•Rw= (1+ k)Ib•Rw (k为BG9013的放大倍数)，流经负荷R 的电流Io即BG9013的集电极电流等于k•Ib。
令R1=R2，则有V+= V- = V0+Vm= (1+k)Ib•Rw= (1+1/k)Io•Rw，其中k>1所以Io≈ (Vo+Vin)/Rw其中：Io 为输出到负载的电流Vo 为偏置电压Vin为输入电压即待转换电压Rw为反馈电阻即三极管射极电流Ie流经的电位器或电阻由上述分析可见，输出电流Io的大小与输入电压Vin成正比(偏置电压和反馈电阻Rw为定值时)，而与负载电阻R的大小无关，说明电路良好的恒流性能。
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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。
图1 (略)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 (略)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如图3所示，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。
图3(略)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。
问答选编问：电流变送器与普通的电流霍尔传感器有什么不同？答：霍尔传感器是传感器件，而电流变送器是将传感器产生的信号直接转换为4~20mA 的电流信号进行传输，因此它们两个一个是传感器，另一个是电流变送器。
问：4~20mA信号是否存在温漂？如何解决？答：实际上，4~20mA信号内部是用集成电路芯片来制作的。
集成电路芯片随着温度的变化在遇到放大器、电压到电流的转换时，会存在温漂，但这种温漂如果在TI的PGA309中则是可以解决的，因为PGA309中采用的是零漂移的仪表放大器作为前置放大，同时PGA309中还有温度的校准，它是每采集一个温度点来查表，进行温度满度或色调电压的校准，从而解决温度的漂移问题。
问：应该采取哪些措施实现4～20mA变送器的信号隔离？答：对4~20mA变送器的安全隔离可以有两种方法：一是变送器端的隔离，一是接收端的隔离。
现在若有24V电压供给一个XTR115的芯片，XTR115 内部可以将24V电压直接转换为一个5V稳压电压输出，对这个5V的稳压电压进行展波，经过一个脉冲电压器由此可以向前面提供一个隔离电源，然后再把模拟信号转换成数字信号，再经过一个隔离以后再提供给XTR115，再进行长线传输，这个时候就完成了模拟信号到4~20mA环路里面的隔离。
如果对4~20mA变送器不进行隔离的话，也可以在接收端加一个RCV420将电流转换成电压，再经过一个ISO124隔离放大器进行隔离，同时再经过一个DC/AC转换器向电路进行退电供电，这样也能完成对4～20mA变送器信号的隔离。
问：变送器传输过来的信号应该怎么处理？是不是先要经过电流到电压的变化然后再到ADC？对 ADC的选择有什么特殊的考虑？答：变送器传输的信号主要是一个电流信号，如果要采集它，一般要经过电流到电压的转换，这个TI有一个RCV420可以实现转换。
对于ADC的选择，主要根据对信号精度的要求来考虑。
问：接收二线制4~20mA信号与三线制4~20mA信号，在接收方式和信号处理上有何不同？要注意些什么问题？答：在接收方式上，如果是二线制4~20mA信号，由接收端向SPI端提供电源，通过电源线经过4~20mA 信号线来提供电源。
三线制4～20mA信号是由发生端（SPI）来提供电源的，所以说它们提供的电源是不同的，一个是由接收端而另一个是从远端来提供电源的。
它们在信号处理上都要将电流信号转换成电压信号，然后再经过AD转换器，这时候就牵扯到一个怎样向二线制变送器提供电源的问题。
一般在工业上，它们会加一个推电器，就是在接收端同时提供一个24V的电源，通过4~20mA电流线向远端进行供电。
问：现在市场上的变送器是否有数字输出接口？比如RS-485或者RS-232？答：现在市场上的变送器通常用标准的485或232通讯接口来传输，这个产品其实早在10年前就有了，它们把现场的信号模拟成传感器的信号，直接传数字量，然后经过485进行传输，这是比较多的。
如果你是用TI的芯片，比如MSC12XX，它内置的8052\8952里面带16位或24位AD转换器及通信接口输出，如果用它来做的话，很容易把它做成一个485或232通信接口的数字变送器芯片。
问：在4~20mA变送器的信号传输过程中，如何有效地防止各类电磁、过电压对于接收装置造成的干扰？在系统故障状态，是否具有事故信息追忆功能？答：如果有电磁干扰，首先说电磁的发射，当传感器接入的时候，如果具有很高的输入阻抗的时候，有可能产生电磁干扰，可以加一些电阻电容进行滤波，TI在这方面有一些应用电路的介绍可供大家参考。
过电压的时候，4~20mA的长线输出的时候，可以借助36V 的稳压块来进行过电压保护，如果极性接反的时候，可以在输入回路里加一个整流桥堆来对极性进行调整。
问：如何将接收端的电流转换成电压以便于ADC转换？主要是精度方面，是否能给一个具体例子？答：如果将4~20mA电流转换成电压再经过ADC转换时，TI有一个专用芯片RCV420，它里面采用的是一个精密的电子网络还有一个精密比例的运算放大器和一个精密的基准电压器，即10V的基准电压，这个10V基准电压大概是5个或10个 TTN的温度系数，用这个片子就可以很精确地将前面的4~20mA电流转换成一个电压输出了。
问：有没有串行接口出来就是4~20mA？最好能出来 0~20mA，类似于ADI的AD420，但AD420太贵，而且外围东西太多。
答：也可以用TI的产品来完成这个功能。
用一个 XTR110，它是一个很廉价的电压到电流的转换，前面或者用一个DA转换器，或者用一个PWM 的信号来完成DA转换。
将FSK信号直接经过一个电阻接到XTR115的输入端，这样就可以满足HART协议来替换AD420，这时的成本应该是很低的，应用也很方便。
问：使用4~20mA变送器时，是否需要通过控制器对其进行编程？答：TI变送器电流环有几类产品，有的可以通过控制器进行编程校正，也有的可以通过模拟的、通过外部设置来进行校正。
问：如何用PWM信号控制4～20mA电流？答：用PWM信号控制4～20mA电流很常用，通常采用一个单片机放在前面对传感器进行测量，测量好后把模拟信号转换成数字信号，但是它内部不包含DA转换器，它是用一个PWM信号来输出。
像TI的XTR115芯片，它包含一个典型电路：把PWM信号经整流滤波后直接输出一个4~20mA 的信号。
因此直接使用TI的XTR115或XTR116即可完成电路的控制。
问：是否有办法从4~20mA 线缆中取电，同时又不影响模拟信号的转换和采集结果？答：如果是二线制的时候，因为是通过电源来向远端的SPI 芯片来进行供电的，若采用的是XTR115或其他XTR芯片，可以把24V电源转换成一个稳压电源的信号，一般都是5.1V的信号，使用5.1V的信号对前面的芯片进行供电，这时候应该没有这种问题。