使用分流电阻将4-20毫安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表使用4-20 mA电流回路总线。

• 接收电路被设计用来测量或读取4-20 mA回路中的调节电流。

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

模拟4-20 mA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。作为工业系统中最常用的通信总线标准之一，模拟4-20 mA电流环使这成为可能。

4-20 mA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 mA电流回路的最大优点是其在远距离上不衰减电流值。由于4-20 mA电流回路的各种特性，工业上使用的大多数传感器都设计为输出4-20 mA来表明其测量值。通常，工业系统中采用4-20 mA的接收电路来接收来自传感器或现场仪器的电流输出。在本文中，我们将探讨4-20毫安电流回路及其接收电路。

电子过程仪表模拟信号的兼容性

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。大多数电子工艺仪表使用4-20 mA电流回路总线。电流范围保持在4-20 mA，以满足指定的要求国际自动化学会(ISA)。

ISA最广泛使用的标准之一是ANSI/ISA-50.00.01，被称为“电子工业过程仪表模拟信号的兼容性”。根据这个标准，4-20 mA指定为信号范围为模拟数据传输用于仪表、控制等工业电子设备的信号。大多数过程仪表制造商坚持标准的4-20 mA范围，以保持现场仪表、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，精度是一个重要的因素。如果使用电压信号而不是电流信号，它们就会变成容易损失．由于导线的电阻，远距离传输的电压信号会遇到电压降。电线的电压降与电线的长度成正比。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

由于电流信号在长距离传输中不容易受到任何退化的影响，因此在工业过程测量、控制和仪表系统中，它们被选为比电压信号更可靠的信号。电流回路总线中流过所有元件的电流保持不变，这有助于提高整个回路的准确性。根据ISA标准，回路中的电流值被限制在4-20 mA。

提高电流的信噪比

最小电流值设置为4ma，而不是0ma，以增强信噪比电流低的时候。4ma的值被认为是“活零”，这有助于明显地识别回路故障。电流回路的任何故障都会导致电流值不在4-20 mA范围内。例如，开路终端导致零电流流，超出ISA标准规定的范围，这使环路故障识别更容易。

简单故障排除

使用电流回路也更容易排除故障。使用电流回路，在4-20 mA接收电路读取的值与从发射器或传感器传来的值相同。对于电压信号，接收端测得的电压与发射端测得的电压不同，简化了故障排除或调试过程。

4-20毫安接收电路

我们已经证明，在4-20 mA电流回路中有一个发射机和接收器。除了这两点之外，回路电源对于完成电流回路也是必不可少的。这三个元件在回路中用导线串联。电源提供直流电源到当前环路。变送器调节回路中的电流在4-20毫安内。通常，换能器构成变送器，将物理量或电量转换为4-20 mA模拟信号。接收电路设计用于测量或读取4-20 mA回路中的调节电流。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。电流到电压的转换是在4-20毫安的接收机侧进行的，以便轻松地将接收机输出与发射机的原始输入联系起来。最有效的电流到电压转换方法是在4-20 mA接收电路的两端插入一个精密分流电阻。连接在电流回路导线上的电阻形成最简单的4-20毫安接收电路。通过电阻的电压降(使用电压表测量)给出了对应于4-20 mA回路中的电流的等效电压信号。

在开发工业控制系统或过程传感电路时，有必要设计一个4-20 mA的接收电路和一个合适的分流电阻连接到它。正确的PCB设计软件可以简化电流回路接收电路的设计。借助Cadence的PCB设计和分析软件的特点，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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