本周科普：為什么4-20mA直流電流是標準信號？

        工業(yè)上經(jīng)常需要測量溫度、壓力、風(fēng)速等非電物理量，這些通常都需要轉(zhuǎn)換成模擬量才能傳輸?shù)娇刂剖一蝻@示設(shè)備上，而對于一些電流輸出傳感器而言，一般都是選擇4-20mA直流電流輸出，那為什么不選擇其它的輸出數(shù)值呢?

        4-20mA.DC(1-5V.DC)信號制是國際電工委員會(IEC):過程控制系統(tǒng)用模擬信號標準，如連接儀表、變送設(shè)備、控制設(shè)備、計算機采樣設(shè)備等。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4-20mA.DC,聯(lián)絡(luò)信號采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。

        一、為何遠傳信號要用電流源?

        通常測量現(xiàn)場與控制室之間的距離都比較遠，如果用電壓源信號遠傳，當連接電線的電阻較大時，由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差。采用電流信號的原因是不容易受干擾，因為工業(yè)現(xiàn)場的噪聲電壓的幅度可能達到數(shù)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傳輸帶來的誤差非常小;電流源內(nèi)阻趨于無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，因此在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變，從而保證了傳送的精度。

        二、為何標準電流信號是4-20mA呢?

        4-20mA二線制傳感器的設(shè)計，用20mA表示信號的滿刻度，但起點信號為什么不是0mA呢?電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4-20mA標準電流信號輸出，必然要有外電源為其供電，其中0-4mA電流是為了供應(yīng)傳感器自身最小的工作電流需要，如果采用0-20mA，當信號很小的時候，傳感器便無法獲得足夠的工作能量。而在低于4mA，高于20mA的信號則用于各種故障的報警，比如正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0，所以常取2mA作為斷線報警值。同時，儀表電氣零點為4mA.DC，不與機械零點重合，這種“活零點”有利于識別斷電和斷線等故障。

        最大電流20mA的選擇是基于安全、實用的考慮，20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。

        因此，一般傳感器都是4-20mA信號輸出，這樣信號不容易受干擾而且安全可靠，兩線制4-20mA輸出更可以節(jié)省傳感器成本等等，這些原因使得以電流輸出為主的壓力傳感器、溫度傳感器等產(chǎn)品在工業(yè)上普遍使用的是兩線制4-20mA輸出。