面對0-5V、0-10V、4-20mA模擬量信號如何來選擇？
2017-5-2 22:28:03??????點擊：
工業現場通訊中，數字量傳輸的方式我們見的比較多，諸如RS232、RS485、CAN總線等大家都非常熟悉了，詳見“什么是RS232、RS485通訊”。而普遍需要測量的各類非電物理量，例如溫度、壓力、流量等，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，那么，我們面對0-5V、0-10V、4-20mA等常用的模擬量信號，采用用什么方式來傳輸模擬信號呢?目前最廣泛采用的是用4-20mA電流來傳輸模擬量。
1、為何采用電流信號
提到模擬量信號，我們一般都會想到0-5V、0-10V、4-20mA，那么到底采用哪一種呢，具體的當然要看所提供的輸入輸出量是什么類型的，若是設計人員，那就盡量選擇4-20mA，因為電流信號傳輸抗干擾性能優于電壓信號。
因為工業現場的噪聲電壓的幅度可能達到數伏，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；在某些強干擾場合，如采用直流電源的試驗場地，通過線纜耦合的噪聲電壓幅值可能達到十伏以上甚至幾十伏，此時采用電壓傳輸模擬量已經被噪聲電壓完全污染了。
電流源內阻趨于無窮大，導線電阻串聯在回路中不影響精度(如采用電壓源信號遠傳，由于線路電阻與接收儀表輸入電阻分壓，將產生較大誤差)，因此在普通雙絞線上可以傳輸數百米。
2、信號最大電流選擇20mA的原因
20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。如30V電壓30mA電流所引起的火花是可以點燃危險氣體的平均下限，為了保險起見，同時參照其它傳統設定，所以將許多儀表定位24V供電，同時限定電流小于30mA，為了留有余地，信號上限定為20mA。
最大電流20mA的選擇也是基于安全、使用、功耗、成本的考慮。安全火花儀表只能采用低電壓、低電流，綜合考慮生產現場儀表之間的連接距離，所帶負載等因素，還有就是功耗及成本問題，對電子元器件的要求，供電功率的要求等因素，最后由國際電工委員會(IEC)確定4-20mA信號為過程控制系統用模擬信號標準。
3、信號起點電流選擇4mA的原因
為了能檢測斷線：正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。為了區分沒有信號和信號為零，信號的起始值(信號零位值)不能為零(電氣值)。
另外，兩線制儀表在信號值為零時仍需要一定的能量供應，在24V供電條件下，4mA電流提供的能量，是當時制定標準時，大部分儀表生產商能接受的能量供應下限。工業電流環標準下限為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品、以及低功耗的處理器(如MSP430)對于兩線制的4-20mA收發非常重要)。這使得兩線制傳感器的設計成為可能而又富有挑戰。
4-20mA電流作用在250歐姆電阻上，正好符合標準信號的電壓標準1-5V。
一般需要設計一個VI轉換器，輸入0-3.3v，輸出4mA-20mA，可采用運放LM358，供電+12v。
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