為什么采用4~20mA的電流來(lái)傳輸模擬量？

大家可能會(huì )非常熟悉RS232，RS485，CAN等工業(yè)上常用的總線(xiàn)，他們都是傳輸數字信號的方式。那么，我們用什么方式來(lái)傳輸模擬信號呢？工業(yè)上普遍需要測量各類(lèi)非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，這些都需要轉換成模擬量電信號才能傳輸到幾百米外的控制室或顯示設備上。工業(yè)上最廣泛采用的是用4~20mA電流來(lái)傳輸模擬量。

采用電流信號的原因是不容易受干擾，因為工業(yè)現場(chǎng)的噪聲電壓的幅度可能達到數V，但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于nA級別，因此給4－20mA傳輸帶來(lái)的誤差非常??；電流源內阻趨于無(wú)窮大，導線(xiàn)電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，因此在普通雙絞線(xiàn)上可以傳輸數百米；由于電流源的大內阻和恒流輸出，在接收端我們只需放置一個(gè)250歐姆到地的電阻就可以獲得0－5V的電壓，低輸入阻抗的接收器的好處是nA級的輸入電流噪聲只產(chǎn)生非常微弱的電壓噪聲。

上限取20mA是因為防爆的要求：20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測斷線(xiàn)：正常工作時(shí)不會(huì )低于4mA，當傳輸線(xiàn)因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線(xiàn)報警值。電流型變送器將物理量轉換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線(xiàn)，加上兩根電流輸出線(xiàn)，總共要接4根線(xiàn)，稱(chēng)之為四線(xiàn)制變送器。當然，電流輸出可以與電源公用一根線(xiàn)（公用VCC或者GND），可節省一根線(xiàn)，所以現在基本上將四線(xiàn)制變送器稱(chēng)之為三線(xiàn)制變送器。其實(shí)大家可能注意到， 4-20mA電流本身就可以為變送器供電，變送器在電路中相當于一個(gè)特殊的負載，這種變送器只需外接2根線(xiàn)，因而被稱(chēng)為兩線(xiàn)制變送器。工業(yè)電流環(huán)標準下限為4mA，因此在量程范圍內，變送器通常只有24V，4mA供電（因此，在輕負載條件下高效率的DC/DC電源（TPS54331,TPS54160），低功耗的傳感器和信號鏈產(chǎn)品、以及低功耗的處理器（如MSP430）對于兩線(xiàn)制的4-20mA收發(fā)非常重要）。這使得兩線(xiàn)制傳感器的設計成為可能而又富有挑戰。

一般需要設計一個(gè)VI轉換器，輸入0-3.3v，輸出4mA-20mA，可采用運放LM358，供電+12v。