使用并联电阻将4-20毫安的接收电路电流转换为电压

关键的外卖

• 大多数工业电子过程仪器使用4-20毫安电流回路总线。

• 接收电路被设计用来测量或读取在4-20毫安回路中流动的调节电流。

• 最有效的电流电压转换方法是在4-20 mA接收电路的两端插入一个精密分流电阻。

模拟4- 20ma电流环是通信总线最常用的标准之一

工业系统能够交换有关环境变量、传感器输出和控制信号的信息是至关重要的。作为工业系统中通信总线最常用的标准之一，模拟4-20 mA电流环使这成为可能。

4-20毫安电流回路总线用于电子控制系统的信号传输和过程传感。顾名思义，总线中电流的最小值和最大值分别为4ma和20ma。4-20毫安电流回路的最大优点是它的电流值在长距离上不退化。由于4-20 mA电流回路的各种特性，工业中使用的大多数传感器都设计为输出4-20 mA来指示其测量值。通常，工业系统中包含4-20 mA的接收电路，以接收传感器或现场仪器的电流输出。在这篇文章中，我们将探索4-20毫安电流回路及其接收电路。

电子过程仪器模拟信号的兼容性

采用不同的仪器、传感器、执行器、阀门和过程控制系统以保证系统的安全、可靠和不间断运行。大多数这些电子过程仪器利用4-20毫安电流回路总线。电流范围保持在4-20 mA内，以满足国际自动化学会(ISA)。

ISA使用最广泛的标准之一是ANSI/ISA-50.00.01，被称为“电子工业过程仪器模拟信号的兼容性”。根据该标准，4 ~ 20ma被指定为信号范围模拟数据传输用于仪表、控制和其他工业电子设备的信号。大多数过程仪器制造商坚持标准4-20 mA范围，以保持现场仪器、控制系统和传感器信号之间的兼容性。

为什么信令范围设置为4 ~ 20ma ?

在工业过程控制和仪表系统中，精度是一个重要因素。如果用电压信号代替电流信号，它们就变成容易损失．由于导线的电阻，远距离传输的电压信号会遇到电压降。导线中的电压降与导线的长度成正比。随着导线长度的增加，导线长度上的电压下降也会增加，从而降低信号的准确性。

提高准确性

由于电流信号在远距离传输中不容易受到任何退化的影响，因此它们被选为工业过程测量、控制和仪表系统信号的过电压信号。流过电流回路总线中所有组件的电流保持不变，这有助于提高整个回路的准确性。根据ISA标准，回路中的电流值限制在4-20 mA。

增强的电流信噪比

最小电流值设置为4ma而不是0ma以增强信噪比低水平的电流。4ma的值被认为是“活零”，这有助于明显识别回路故障。电流回路的任何故障都会导致电流值超出4-20 mA范围。例如，开放式终端导致零电流流，这是ISA标准指定的范围之外，这使环路故障识别更容易。

简单故障排除

通过使用电流循环，故障排除也更容易。有了电流回路，在4-20毫安的接收电路上读取的值与来自发射器或传感器的值相同。在电压信号的情况下，接收器测量到的电压与发射器测量到的电压不同，从而简化了故障排除或调试过程。

4- 20ma接收电路

我们已经证明，在4-20毫安电流回路中有一个发射器和接收器。除了这两个，一个回路电源也是完成电流回路的必要条件。这三个部件用电线串联在一起。电源提供直流电源到当前循环。变送器调节回路中的电流在4-20毫安。通常，传感器构成发射机，将物理或电量转换为4-20毫安模拟信号。接收电路被设计用来测量或读取在4-20毫安回路中流动的调节电流。电流回路中使用的4-20 mA接收电路可以是记录仪、仪表、执行器、SCADA模块或数据采集设备。

电流电压转换

在大多数接收电路中，电流信号被转换成电压信号。电流到电压的转换在4-20毫安的接收器端进行，以方便地将接收器输出与发射器的原始输入联系起来。最有效的电流电压转换方法是在4-20 mA接收电路的两端插入一个精密分流电阻。通过电流回路电线连接的电阻形成了最简单的4-20 mA接收器电路。通过电阻的电压降(使用电压表测量)给出了与4-20 mA回路中电流对应的等效电压信号。

在开发工业控制系统或过程传感电路时，需要设计一个4-20 mA的接收电路，并与之连接合适的分流电阻。正确的PCB设计软件可以简化电流环接收电路的设计。通过Cadence的PCB设计和分析软件的功能，您可以快速完成高效可靠的4-20 mA接收电路的设计。

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