基础电子中对4~20mA电流传输模拟量的原因浅析

简介：
本文探讨了在工业自动化领域中采用4-20mA电流信号进行模拟量传输的主要原因，包括其优点和应用背景。 在工业自动化领域，模拟信号的传输至关重要，特别是在监测与控制各种非电物理量（如温度、压力、速度及角度）方面。为了有效传递这些模拟量，业界普遍采用4~20mA电流信号而非电压信号。 使用电流信号的一个主要优势是其抗干扰能力较强。工业环境中噪声电压可能高达数伏特，但功率较低，导致产生的噪声电流通常只有nA级别，远小于4~20mA的传输范围。因此，在实际应用中这种微弱的噪声对系统精度的影响可以忽略不计。 此外，由于电流源内阻接近无穷大，即使线路中有电阻存在也不会影响信号精确度。这意味着在普通双绞线上可实现数百米长距离的数据传输而不会出现显著衰减或失真现象。 另外，在接收端通过250欧姆的电阻接地可以将4~20mA电流转换为0-5V电压，便于进一步处理和分析。低输入阻抗的设计能够减少噪声对信号质量的影响，确保系统的稳定性与可靠性。 选择4~20mA标准还考虑到安全性因素：上限设定为20mA是为了防止电流通断时产生的火花引发危险；下限不设为零则有助于检测线路是否完好无损。通常情况下电流不应低于4mA，一旦线路中断，则环路电流降至零并触发报警机制。 实际应用中变送器根据供电方式分为四线制、三线制和两线制三种类型：四线制需要额外的电源输入；而三线与两线则通过公用电源或自给供电来简化布线结构。在4-20mA电流环路设计时，通常使用+12V电压驱动，并将0~3.3V范围内的信号转换为对应于4~20mA电流输出的电信号。 综上所述，4~20mA电流传输技术由于其抗干扰性、长距离稳定传输以及安全性和经济性的优势，在工业自动化领域得到了广泛应用。这种技术不仅简化了系统布线结构，还提高了数据传输精度和可靠性，成为模拟信号传输的标准之一。