工業(yè)上普遍需要測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設備上。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的設備稱為變送器。工業(yè)上*廣泛采用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。

一、怕有些人連為何是4-20都不懂，先普及一下

采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無窮大，導線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。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。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。還有有兩個原因。一個原因是為了避免干擾，另一個原因是在4-20mA使用的是兩線制，即兩根線即是信號線，同時也是電源線，而4mA是為了給傳感器提供電路的靜態(tài)工作電流用。

二、4-20到底能傳多遠

兩線制4～20mA電流信號能傳多遠呢？**小編就來給大家科普一下！

1.兩線制4～20mA變送器的電流信號究竟能傳多遠呢？

干擾因素：

①與激勵電壓高低有關；

②與變送器允許的*小工作電壓有關；

③與板卡設備采集電流用的取壓電阻大小有關；

④與導線電阻的大小有關。

通過這四項有關量，可以計算出4～20mA電流信號的理論傳輸距離。

2.要使4～20mA信號，無損失在兩線回路里傳輸，必須滿足歐姆定律。

即滿足：（激勵電壓－變送器允許的*小工作電壓）≥輸出電流×電流環(huán)路總電阻

當輸出電流I=20mA，即0.02A時，上式取等號，則：

電流環(huán)路總電阻=（激勵電壓－變送器允許的*小工作電壓）÷0.03、將這個計算值記作r，

即r=（激勵電壓－變送器允許的*小工作電壓）×50，單位Ω

這個r，業(yè)界稱之為電流信號的負載電阻，也就是電流信號的*大帶載能力。

3.業(yè)界為什么要特意給出這個r的計算式呢？

那是由于：4～20mA電流信號能傳多遠，實質(zhì)是實際電阻，與r比大小的問題。

當環(huán)路實際總電阻＞r時，就算傳輸距離為0，變送器也是沒辦法輸出20mA電流的；

當環(huán)路實際總電阻=r時，變送器輸出20mA電流，傳輸距離只能為0米（超導除外）；

當環(huán)路實際總電阻＜r時，變送器輸出20mA電流，才能在環(huán)路中有效傳輸若干米。

①由于板卡采集電流用的取壓電阻為定值，故導線電阻大小，決定著傳輸距離的長短；

②導線電阻越小，信號傳輸?shù)木嚯x越遠；

③導線若是超導，電阻≈0，那電流傳到美國去也不是事，傳到火星去也沒問題。

綜上所述，電流環(huán)路的總電阻R，必須滿足R≤r，否則4～20mA信號，無法正常傳輸。

4.電流環(huán)路的總電阻R，由板卡設備上采集電流信號的取壓電阻R1，和導線電阻R2組成。

取壓電阻R1，多見250Ω、150Ω、100Ω、50Ω，而今流行100Ω～40Ω等小電阻取壓。

導線電阻R2＝電導率×導線總長度÷導線橫截面積=單位長度電阻×導線總長度＝單位長度電阻×傳輸距離×2

5、編個小題算一算

4~20mA電流信號的理論傳輸距離L（單位千米），A采用2.5平方毫米雙絞線，每1000米的電阻=7.5Ω，用此導線傳輸信號A自研自造的SC322無零漂壓力變送器，*小允許激勵電壓=10VDC，DCS板卡上采集電流用的取壓電阻R1=100Ω，DCS板卡上的供電電壓＝24VDC，電流信號的*大傳輸距離距離為多少？

計算如下：

①先計算變送器的負載電阻r，r=(24-10)×50=700Ω

②再寫出環(huán)路總電阻R的算式：

R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 單位Ω

③由于有R≤r，即（100+15L）≤700

計算得：L≤40千米，即*大傳輸距離為40000米