4-20mA信号的传送距离
“4-20mA”与“HART”
“4-20mA”与“HART”----Edward Lin 广州虹科4-20mA工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，这些都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
采用电流信号的原因是不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V，但是噪声的功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4－20mA传输带来的误差非常小；电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米；由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0－5V的电压，低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微弱的电压噪声。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。
常取2mA作为断线报警值。
最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。
当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），可节省一根线，所以现在基本上将四线制变送器称之为三线制变送器。
其实大家可能注意到，4-20mA电流本身就可以为变送器供电，变送器在电路中相当于一个特殊的负载，这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。
工业电流环标准下限为4mA，因此在量程范围内，变送器通常只有24V，4mA供电（因此，在轻负载条件下高效率的DC/DC电源（TPS54331,TPS54160），低功耗的传感器和信号链产品、以及低功耗的处理器（如MSP430）对于两线制的4-20mA收发非常重要）。
这使得两线制传感器的设计成为可能而又富有挑战。
那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？为了减少接线的复杂性，传感器选择2线要比多线简单的多，2线既要传输信号，又要给传感器供电，所以设计者从中盗窃4mA电流给传感器放大电路供电，这样4-20mA的标准就确定了。
“4-20mA”与“HART”
“4-20mA”与“HART”----Edward Lin 广州虹科4-20mA工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，这些都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
采用电流信号的原因是不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V，但是噪声的功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4－20mA传输带来的误差非常小；电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米；由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0－5V的电压，低输入阻抗的接收器的好处是nA级的输入电流噪声只产生非常微弱的电压噪声。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。
常取2mA作为断线报警值。
最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。
当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），可节省一根线，所以现在基本上将四线制变送器称之为三线制变送器。
其实大家可能注意到，4-20mA电流本身就可以为变送器供电，变送器在电路中相当于一个特殊的负载，这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。
工业电流环标准下限为4mA，因此在量程范围内，变送器通常只有24V，4mA供电（因此，在轻负载条件下高效率的DC/DC电源（TPS54331,TPS54160），低功耗的传感器和信号链产品、以及低功耗的处理器（如MSP430）对于两线制的4-20mA收发非常重要）。
这使得两线制传感器的设计成为可能而又富有挑战。
那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？为了减少接线的复杂性，传感器选择2线要比多线简单的多，2线既要传输信号，又要给传感器供电，所以设计者从中盗窃4mA电流给传感器放大电路供电，这样4-20mA的标准就确定了。
变送器4-20mA电流的由来
变送器4-20mA电流的由来工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，它们都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
4-20mA，指的就是最小电流为4mA，最大电流为20mA。
在工业现场，要完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们会用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4-20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？很简单，如果0是最小，那么开路故障就检测不到了！那么，为什么偏偏是4mA呢？正常工作时，电流信号不会低于4mA。
当传输线因故障断路，环路电流降为0。
常取2mA作为断线报警值。
有两个原因。
一个原因是为了避免干扰，另一个原因是在4-20mA使用的是两线制，即两根线即是信号线，同时也是电源线，而4mA是为了给传感器提供电路的静态工作电流用。
这个4-20mA控制回路是怎么工作的呢？4-20mA构成基础要件：24V电源供电变送器控制4-20mA信号使其与过程变量成比例变化指示器将4-20mA信号转化为相应过程变量指示器或控制器I/O输入电阻250Ω分流器生成1-5V输入信号（欧姆定律：电压=电流*电阻，4-20mAX250ohms=1-5V）通常情况下：1)它们将热电偶或热电阻传感器的温度信号转换为4-20mA信号然后再输出；2)控制器再将4-20mA反译为具体的温度值；3)基于此温度值，控制回路给实现对过程终端控制元件的控制。
同样，控制回路中的压力变送器，通常用来测量过程介质的压力值：1)传感器感知压力，又由变送器将信号转换为4-20mA 信号；2)控制器再将4-20mA信号反译为压力值；3)控制器根据压力值，给阀门发送指令，控制阀门开度实现安全阀控制，确保容器不产生危险压力。
4~20MA信号传输距离
4~20ｍA信号传送距离在论坛上有个帖子问:“４～20mA信号能否传送1ＫM?”，在其它论坛上也见过类似问题的帖，特发此文讨论。
看了标题有的人可能会说:发送4-20mA．ＤＣ电流信号的仪表都具有恒流特性,采用电流源传送，其精度与导线的电阻不是无关吗？既然这样还用讨论4-2０ｍＡ.ＤC信号的传送距离吗？ﻫ但以上的说法是针对特定条件而言的，应看到当仪表供电电源电压低至一定程度或导线电阻大到一定程度时，4-20mA.DC电流传送信号将产生误差。
因此我们讨论的是4-2０mＡ.DC信号在保证规定的精度下的传送距离，讨论传送距离实质就是确定电流源仪表连接导线的最大长度。
ﻫ决定电流源仪表导线长度的参数有:负载电阻ＲL及连接导线的电阻r;供电电压Vo及其波动范围△Ｖ;仪表的最大输出电流Iｍax;仪表能维持最大工作电流时的最低供电电压Vｍｉn。
已知:RＬ=250Ω，Vo＝２4Ｖ.ＤC 其允许误差为２4Ｖ +10% －5%,ﻫ电源允许波动△V＝24Ｖ*5%=1.2V,ﻫImaｘ=２0mA＝0.02A，ﻫ最低供电电压Ｖmin各种型号仪表的此值是不相同的,因为这个参数还与电子元件的特性有关系，从产品样本来看,有的仪表最低的可达1２Ｖ(但是指无负载时),大多仪表在１５--１7V之间的居多;在此dlr取16.28V。
即Vmiｎ=１6.2８≤２4-1.2－0.02(２50+r)则连接导线的电阻r=２4－1．2-16.2８/0.0２-250＝76Ω仪表连接电线用的是铜线,其截面大多选择S=1．5和0.8mm2的居多，在《电工手册》上有铜电线在２0℃和75℃时的电阻系数，在选择铜导线时应考虑到使用现场的环境情况，因此最好选择75℃时的电阻系数来计算较妥。
已知t=７5℃时铜的电阻系数ρ＝0.0２１7Ω.mm2/m。
ﻫ根据Ｌ=Sr/ρ 就可计算出铜导线的最大长度。
用标称截面1.5mm2导线时Ｌ=1．5*７6/０.0217=５253ｍﻫ用标称截面0.8ｍm２导线时L=0．８＊76／0.0217=２801ｍ因为仪表的接线往返是两根线，所以计算结果应除2即:ﻫ用标称截面1.5ｍm2导线时L1=５253．5/2=2６26mﻫ用标称截面0．8mm２导线时Ｌ２=2801.８/2=1４00mﻫ在实际应用中决定导线的真实长度要比计算值略低才行，因为电线的标称截面几乎都是偏高的。
两线制4-20ma
两线制4/20mA变送器的电路设计工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。
这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。
工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。
采用电流信号的原因是不容易受干扰。
并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。
常取2mA作为断线报警值。
电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出，必然要有外电源为其供电。
最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。
当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），可节省一根线，称之为三线制变送器。
其实大家可能注意到， 4-20mA电流本身就可以为变送器供电，如图1C所示。
变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。
显示仪表只需要串在电路中即可。
这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。
工业电流环标准下限为4mA，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。
这使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
2.两线制变送器的结构与原理 两线制变送器的原理是利用了4~20mA信号为自身提供电能。
如果变送器自身耗电大于4mA，那么将不可能输出下限4mA值。
因此一般要求两线制变送器自身耗电（包括传感器在内的全部电路）不大于3.5mA。
20ma电流环传输距离
20ma电流环传输距离
4-20mA电流环是工业自动化领域中常用的一种信号传输方式，通常用于传输传感器测量的数据。
这种传输方式的优点是能够有效抵抗长距离传输过程中的噪声干扰，确保数据的准确性和稳定性。
传输距离主要取决于几个因素：
1.电缆的阻抗：电缆的阻抗越大，传输距离就越短。
为了增加传输距离，应使用低阻抗的电缆。
2.电源电压：供电电压越高，能够支持更长的传输距
离。
3.负载阻抗：接收设备的输入阻抗越大，支持的传输
距离就越长。
4.信号损耗：信号在传输过程中会有损耗，当损耗达
到一定程度时，信号的质量会下降，影响数据的准
确性。
通常情况下，4-20mA电流环的传输距离可以达到数百米到几千米不等，具体距离还需要根据上述因素综合考虑。
为了确保信号质量，在长距离传输时应尽量使用优质的电缆，并考虑使用信号放大器或者隔离器来提高信号的稳定性和抗干扰能力。
4-20mA的由来
平常我们在选择传感器的时候很多情况下都是选择4-20mA输出，大部分是在选择压力传感器、温度传感器等传感器的时候一般都是4-20mA输出。
要问为什么工业上都使用4-20mA 输出而不是其它数值输出呢？相信很多人都不知道这其中的原因。
采用电流信号的原因是不容易受到干扰。
并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不会影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。
下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作的时候不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。
常取2mA作为断线报警值。
电流型变送器会把物理量转换成4~20mA电流输出，一定要有外电源为其供电。
最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，一共要接4根线，称之为四线制变送器。
这当然，电流输出可以把电源公用一根线公用VCC或者GND，可节省一根线，叫做三线制变送器。
其实大家可能注意到，4-20mA电流本身就可以为变送器供电。
变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处就在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。
显示仪表只需要串在电路中就可以。
这个变送器只需外接2根线，因为被称为两线制变送器。
工业电流环标准下限为4mA，所以只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。
这就使得两线制传感器的设计成为可能。
在工业应用中，测量点一般在现场，并且显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。
两者之间距离可能数十至数百米。
按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元！因此在应用中两线制传感器必然是首选。
所以传感器在选择的时候一般都是4-20mA信号输出，这样信号就不容易受干扰而且安全可靠，两线制4-20mA输出更可以节省传感器成本，这些原因使得传感器在工业上普遍使用的是两线制4-20mA输出。
当然现在很多传感器还有其它样式的输出例如0-5V，RS-485/RS-232等，这些都是为了能够很好的处理传感器信号。
数字远传压力表
BGL－801Y数字远传压力表/UploadFiles/201132815343631.gif产品说明：欢迎使用本公司研发生产的数字压力远传表，这是一款把压力信号转换为电信号，输出为4-20mA的国际标准信号，传送距离可达到1-3公里的压力表。
本表拥有独立的知识产权，与传统的电阻远传压力表相比具有诸多优点：寿命高；传送精度高；采用2根线传送数据，接线简单，成本低。
一、产品简介1. 单位：Mpa 、kgf/cm2、psl、Bar、默认为Mpa。
2. 电流输出为4-20ma的国际标准信号。
二、接线方式及功能设置1. 红线接变频器24V‘电源+’，绿线接变频器‘电流输入+’，变频器‘电流输入—’和变频器24V‘电源一’用线短接。
2. 短按‘复位’键切换单位，顺序依次为Mpa→kgf/cm2→PSL→Bar断电不保存单位。
3. 长按‘复位’键5秒后全显，强制归零。
三、报警描述显示“ERO”：压力超过最大压力值可长按“复位”键5秒复位。
四、性能和技术参数精度：常温（25±5℃）不大于满量程的1%/0.5%零点：4mA满量程：20mA工作范围：0—0.6Mpa 0-1.0Mpa 0-1.6Mpa 0-2.5Mpa直流电压：12-24V（带反向保护）显示单位：Mpa kgf/cm2 PSL Bar外形尺寸：80mm厚度：48mm压力接口：20*1.5mm型号：BGL-801Y功耗：1W使用环境温度：-40℃——70℃五、注意事项：1. 产品在使用时请避免在阳光下暴晒，避免在高温下工作。
2. 本产品防水等级为防溅型，但经常雨淋或潮湿会影响产品的使用寿命。
3. 雷击可能会导致本产品损坏，所以在雷雨天气应暂时切断电源。
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深入讨论4-20mA.DC信号的传送距离
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在论坛上有个帖子问:“4~20mA信号能否传送1KM?”，在其它论坛上也见过类似问题的帖，特发此文讨论。
看了标题有的人可能会说:发送4-20mA.DC电流信号的仪表都具有恒流特性，采用电流源传送，其精度与导线的电阻不是无关吗?既然这样还用讨论4-20mA.DC信号的传送距离吗?
但以上的说法是针对特定条件而言的，应看到当仪表供电电源电压低至一定程度或导线电阻大到一定程度时，4-20mA.DC电流传送信号将产生误差。
因此我们讨论的是
4-20mA.DC信号在保证规定的精度下的传送距离，讨论传送距离实质就是确定电流源仪表连接导线的最大长度。
决定电流源仪表导线长度的参数有:负载电阻RL及连接导线的电阻r；供电电压Vo及其波动范围△V;
仪表的最大输出电流Imax;仪表能维持最大工作电流时的最低供电电压Vmin。
已知:RL=250Ω，
Vo= 24V.DC 其允许误差为24V +10% -5%,
电源允许波动△V=24V*5%=1.2V,
Imax= 20mA =0.02A,
最低供电电压Vmin各种型号仪表的此值是不相同的，因为这个参数还与电子元件的特性有关系，从产品样本来看，有的仪表最低的可达12V(但是指无负载时)，大多仪表在
15--17V之间的居多；在此笔者取16.28V。
即Vmin= 16.28≤24-1.2-0.02(250+r)
则连接导线的电阻r= 24-1.2-16.28/0.02-250=76Ω
仪表连接电线用的是铜线，其截面大多选择S=1.5和0.8mm2的居多，在《电工手册》上有铜电线在20℃和75℃时的电阻系数，在选择铜导线时应考虑到使用现场的环境情况，因此最好选择75℃时的电阻系数来计算较妥。
已知t=75℃时铜的电阻系数
ρ=0.0217Ω.mm2/m。
根据L=Sr/ρ 就可计算出铜导线的最大长度。
用标称截面1.5mm2导线时L=1.5*76/0.0217=5253m
用标称截面0.8mm2导线时L=0.8*76/0.0217=2801m
因为仪表的接线往返是两根线，所以计算结果应除2即:
用标称截面1.5mm2导线时L1=5253.5／2=2626m
用标称截面0.8mm2导线时L2=2801.8／2=1400m
在实际应用中决定导线的真实长度要比计算值略低才行，因为电线的标称截面几乎都是偏高的。
如果遇到现场距离超过上述的长度时，可采取以下措施:增大电线的线径，来减少导线电阻；适当调高仪表的供电电压。
八十年代，上海自动化仪表一厂针对其生产的DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表的变送器、调节器、电气转换器、操作器等单元，在最低供电电压(22.8V)时允许的导线电阻，曾列过一个表格供用户参考，由于其还有现实意义，特把此表格提供如下。
看了以上的计算及表格，有的网友会说，我的现场实际接线长度并不太长，但在使用中仍无法正常使用，哪又是什么原因呢?究其原因，可能是:
1．电流传送信号导线过长时，没有采取必要的屏蔽措施，或者没有遵守一点接地规则而引入了干扰。
2．在一个系统中应选择电位最低的一点作为信号的公共点，在电单仪表中，24V电源的负线电位最低，它就是信号公共线。
因此在电流传送的一对信号线中，其电位较低的一根，即信号负线应在发送仪表的输出处与24V负线相连。
如果接线错误或漏接而造成信号负线
浮空而引入了干扰。