工業(yè)控制系統(tǒng)中儀表傳輸信號的選用

（文章來源：百家號）
? ? ? ?我們的儀表為什么使用4-20mA作為信號源而不常使用1-5V電壓信號呢？為什么不是0-20mA呢？或者0-100mA呢？

我們先講一講為什么使用電流源信號而不使用電壓源，其實原因很簡單，我們都知道，所有的電線都有電阻，我們可以把電線看作是一個個小電阻串聯(lián)起來的，根據(jù)我們初中學(xué)的物理知識，我們可以很簡單地知道，在串聯(lián)回路中，電流在電路中處處相等，不會受線路長度影響，打個不恰當(dāng)?shù)谋确桨桑恒y行里發(fā)行一張100塊的錢，不論從哪個節(jié)點拿到它，都是100塊，但是經(jīng)手的人越多，它會變得越久越皺。

我們可以試想一下，如果我們使用電壓作為測量信號載體，那么由于電線的長度不同，電阻不同，壓降不同，最終得到的測量結(jié)果就會有偏差。因此，信號發(fā)送端是電流源，輸出阻抗極高，長線傳輸?shù)木€路電阻不會影響電流信號的質(zhì)量，接收端是低阻抗負(fù)載，抗干擾能力強(qiáng)。如果是電壓信號傳輸，線路電阻分壓會造成誤差。

那么，為什么使用的是4-20mA呢？

首先我們說說為什么最大電流使用20mA：20mA的最大值，既滿足測量的需要，也符合防爆、功耗、成本等方面的要求，它安全、實用、功耗低、成本少。在工業(yè)自動化的很多場合，是需要嚴(yán)格控制電火花的，而20mA的電流通斷引起的電火花的能量不足以引燃瓦斯，相對來說比較安全，再大了就存在該方面的隱患了。如果你說那么我們可以更小一點啊，再小一點的話，對于信號的精確度將受影響，可以想像一下，如果20mA代表1000度溫度的話，使用10mA的最大電流值代表1000度，則每少0.1mA測量的準(zhǔn)確率相差約2倍，當(dāng)然越大的電流信號，越適合現(xiàn)場儀表間的遠(yuǎn)程傳輸。

然后我們說說為什么最小的電流選擇4mA而不是0mA：其實使用最小值 4mA可以取得兩方面的好處：儀表中的變送器需要一個靜態(tài)工作電流，否則將無法工作。而4mA正是變送器靜態(tài)工作電流，也叫作傳感器的供電（靜態(tài)）電流。同時使用4mA而不是0mA還有一個好處在于，它可以隨時知道線路是否正常，因為當(dāng)線路斷開時，接收端將得不到反饋電流，即0mA。如果使用0mA作為起點電流，將無法判斷是線路斷路還是現(xiàn)場信號為0.因此，使用4mA作為起點電流，一舉兩得。

當(dāng)然，工業(yè)中也有使用電壓變送器0-5V、0-10V、1-5V的輸出，主要考慮的是在短距離信號測量系統(tǒng)里應(yīng)用。