1、為什么使用4-20mA電流環(huán)在遠(yuǎn)距離、復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場，常常需把遠(yuǎn)距離之外的信號采集回來，通常需要考慮幾個問題：（1）如果直接將采集的電壓信號通過長線傳輸，信號在傳輸線上會受到噪聲干擾；（2）超長的導(dǎo)線上會有不少壓降，影響傳輸精度；（3）如何為遠(yuǎn)端的采樣電路提供電源，是個棘手的問題。為了解決上述問題，我們可以使用電流來傳輸信號，4-20mA電流環(huán)就是應(yīng)用于這一場景的標(biāo)準(zhǔn)。我們看看電流傳輸是如何解決上述問題的：（1）如果傳輸電流信號，接收端的阻抗可以很小，所以噪聲干擾不容易耦合進(jìn)來；（2）電流信號在整個環(huán)路上任何一個地方測量都是一樣的，再長的線也不會有精度損失；（3）使用電流傳輸，遠(yuǎn)端可以通過傳輸線上的電流取電，不用額外提供電源。4-20mA電流環(huán)在結(jié)構(gòu)上，一般由兩部分組成，即變送器和接收器。變送器一般位于遠(yuǎn)端，直接獲取現(xiàn)場的傳感器信號；而接收器一般位于計算機(jī)端，用于采集、存儲信號。4mA表示零信號，20mA表示滿量程信號，4~20mA就能表示出一個模擬量。之所以不采用0mA作為零信號，是因為如果傳輸線斷開，那么接收端可能錯誤地認(rèn)為變送器在一直發(fā)送零信號；另一方面，傳輸線上保持一直有電流，則使得變送器從信號線上取電成為可能，這就是2線制電流環(huán)的設(shè)計理論基礎(chǔ)。4-20mA電流環(huán)有兩種類型：2線制、3線制，下面分別介紹一下它們的原理。2、3線制電流環(huán)工作原理先講容易理解的3線制電流環(huán)。如下圖所示，圖中箭頭為電流方向，紅色為4-20mA電流信號線。接收器和變送器之間有3根線，其中有兩根是VCC和GND，用于接收器給變送器供電；還有一根就是用來傳輸4-20mA電流信號的。變送器端通過VCC和GND獲取電源，在采集了傳感器信號后，將信號轉(zhuǎn)為4-20mA的電流信號，傳輸回接收端，接收端用電阻采樣即可。3、2線制電流環(huán)工作原理基本原理如下圖所示，圖中箭頭為電流方向，紅色為4-20mA電流信號線。二線制4-20mA電流環(huán)，變送器和接收器之間只有兩根線連接，這一對線既是信號傳輸線，也是接收端為遠(yuǎn)端變送器提供電源的供電線。接收器提供VCC電源；變送器通過線上的電流獲取電源，用于其內(nèi)部的各電路工作，采集傳感器信號、并將該信號用來控制線上的電流；接收器接收線上的電流信號并采樣。兩線制的電流環(huán)由于變送器的電源取自于4-20mA的電流信號，所以，要求變送器在最低電流4mA時也要能夠正常工作，一般還要求留有一定余量，設(shè)計為不大于3.5mA。所以相對于3線制，2線制的優(yōu)缺點都很明顯，優(yōu)點是能節(jié)省一根導(dǎo)線，缺點是設(shè)計復(fù)雜，需要從信號線上取電，而且整個電路工作的最大電流不能超過3.5mA。4、變送器電路實例變送器設(shè)計時，可以使用運放和電源芯片自行設(shè)計，也可以使用成熟的4-20mA專用芯片。以專用芯片AM462為例，三線制的變送器端電路，可以如下設(shè)計：對外三個接線點為圖右側(cè)的Vs、IOUT、Ground，內(nèi)部從VINP處輸入待采集的信號。RL是接收器的采樣電阻。兩線制的變送器端電路，可以如下設(shè)計：對外兩個接線點為圖右側(cè)的Vs、IOUT，內(nèi)部從VINP處輸入待采集的信號。RL是接收器的采樣電阻。注意，圖中的GND是變送器端的“地”，Ground是接收器端的“地”，二者的電位是不同的