標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)為什么是4-20mA？

對(duì)于這些模擬電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換以及接口電路來說，他們的精度也有不同要求。像我們常用的電流表就只有4-20 mA這一種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)于這一種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來說可以滿足所有模擬測(cè)量要求了。

　　但是我們?cè)谧鰡纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)遇到很多電子元件(如電阻、電容、電感等)和芯片(如 ADC、 DAC等)，這些電子元件和芯片如果直接用模擬量輸出會(huì)出現(xiàn)誤差，所以必須要把這些模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出才行。這就要求我們必須把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出才能進(jìn)行下一步計(jì)算。

　　拿我們最常見的交流電來說吧!如果我們?cè)跍y(cè)量一個(gè)電路中流過電阻時(shí)，那么我們只會(huì)關(guān)心該電路是否產(chǎn)生了任何有用不大后通過電阻所消耗掉的能量才能確定這個(gè)電阻有多大阻抗;但是當(dāng)我們測(cè)量一個(gè)直流電時(shí)，比如交流電流過電阻時(shí)，則完全不會(huì)關(guān)心這些問題了。因?yàn)閷?duì)于一個(gè)直流電路來說，它不會(huì)有任何有用或者無用之分。

　　同樣用一個(gè)大一點(diǎn)數(shù)來說吧!當(dāng)你在測(cè)量一個(gè)電容時(shí)所產(chǎn)生現(xiàn)象和從這個(gè)電容中所流出了多少電荷沒有任何關(guān)系。當(dāng)你測(cè)量一個(gè)電感或電阻時(shí)也是一樣不會(huì)有任何有用或者無用之分。這就是為什么現(xiàn)在很多單片機(jī)系統(tǒng)都使用4-20 mA這一種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)作為模擬量輸入或輸出信號(hào)了!

　　二、為什么現(xiàn)在很多系統(tǒng)要用4-20 mA?

　　因?yàn)楝F(xiàn)在我們對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)要求越來越高，同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)模擬量輸出和數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度也越來越高。所以現(xiàn)在很多單片機(jī)系統(tǒng)都會(huì)用到4-20 mA這一種標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，而不是我們常用的4-20 mA交流電流信號(hào)了。但是這種交流電流信號(hào)還是可以滿足所有模擬量測(cè)量要求，只是精度沒有那么高而已。

　　所以我們?cè)谧鰡纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只要能滿足模擬量輸入輸出要求就可以了，這樣就不會(huì)再需要交流電流信號(hào)了。這是因?yàn)楹芏嗄M量的輸入輸出對(duì)精度都是有要求的，而且還要考慮到控制電路和模擬電路的工作原理，所以這一種標(biāo)準(zhǔn)電流表就不能滿足需求了，因?yàn)槲覀冞€得使用交流電壓信號(hào)才能滿足要求了。

　　模擬量和數(shù)字量的最大區(qū)別，就是模擬量在輸入時(shí)是直接送入到模擬電路里面的，而數(shù)字量是先變成數(shù)字再傳到數(shù)據(jù)處理和顯示單元里面。但是我們?cè)谶M(jìn)行數(shù)字運(yùn)算時(shí)，所需要的信息必須用到模擬量中，比如我們要進(jìn)行溫度、濕度、壓力等參量的測(cè)量時(shí)，就需要用到模擬量。然后我們就把這些模擬量變號(hào)成數(shù)字輸出了。

　　例如：4-20 mA這個(gè)電流信號(hào)是我們常用的模擬量信號(hào)，但是在單片機(jī)系統(tǒng)中卻不能直接使用這種信號(hào)，因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)中需要把4-20 mA轉(zhuǎn)換成0-10V或者1-5V再去做溫度、濕度和壓力等其它參量的測(cè)量。這就導(dǎo)致了單片機(jī)系統(tǒng)中很多要使用模擬量的功能沒有辦法實(shí)現(xiàn)，所以也就不能直接使用交流電流了。

　　因?yàn)槲覀冎涝趩纹瑱C(jī)系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)多種功能，就必須需要多個(gè)不同的模擬量輸入和輸出。為了這些模擬量輸入和輸出的精度要求也不一樣，所以就要設(shè)計(jì)不同的電流信號(hào)，以滿足各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。另外因?yàn)楝F(xiàn)在單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)模擬量精度要求越來越高，所以我們就必須使用交流電流信號(hào)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求了。但是需要注意的是：即使我們需要使用4-20 mA的電流信號(hào)，也不會(huì)用到2 mA、1 mA或者更小了。因?yàn)槲覀儐纹瑱C(jī)系統(tǒng)對(duì)精度要求不是那么高，一般都是要滿足1 mA、1 mA或者更小一些要求的，所以這也是為什么我們要使用標(biāo)準(zhǔn)4-20 mA電流信號(hào)了。

　　現(xiàn)在的單片機(jī)系統(tǒng)中，很多都需要4-20 mA這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。這種電流信號(hào)不但可以滿足我們?cè)谧鰡纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，測(cè)量電路所需的電流，也可以滿足我們?cè)谧鲆恍┙涌陔娐吩O(shè)計(jì)時(shí)所需的電壓信號(hào)。

　　實(shí)際上，對(duì)于不同的系統(tǒng)來說，使用不同標(biāo)準(zhǔn)電流的原因主要是因?yàn)樗麄円獫M足不同的使用需求。但是如果你在做單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)沒有使用過這些標(biāo)準(zhǔn)電流的話，那你可能就不太懂了。所以這個(gè)問題是很有必要搞清楚的哦!

　　另外，對(duì)于很多人來說都會(huì)問到為什么那么多單片機(jī)系統(tǒng)需要4-20 mA這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)呢?其實(shí)這個(gè)問題很好回答，因?yàn)檫@與單片機(jī)設(shè)計(jì)需求有關(guān)。

　　通常情況下，在工業(yè)生產(chǎn)控制中，尤其是連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，往往需要對(duì)溫度、壓力等物理量進(jìn)行控制。這樣的物理量是隨時(shí)間變化的。對(duì)于控制域，這些連續(xù)變化的物理量叫做模擬量。

　　4-20mA是常用的模擬電流信號(hào)，也是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。最低4mA，最高20mA。當(dāng)傳送信號(hào)時(shí)，由于導(dǎo)線上有電阻，若采用電壓傳送，導(dǎo)線內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定的壓降，接收端的信號(hào)會(huì)有誤差，因此通常用電流信號(hào)作為傳感的標(biāo)準(zhǔn)傳輸。

　　目前抗干擾能力強(qiáng)，不容易受外界干擾，在工業(yè)傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。為適應(yīng)工業(yè)控制行業(yè)的不同情況，4-20毫安電流傳感器通常采用四線制.三線制和雙線制。

　　遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)的電流源比電壓源好。

　　因控制室距控制室距離長(zhǎng)，接線電阻大，若采用電壓源信號(hào)遠(yuǎn)傳，線電阻與接受儀表的輸入電阻分壓有很大誤差，而且在恒流源信號(hào)遠(yuǎn)傳時(shí)，只要傳輸回路中沒有支路，電路中的電流不隨導(dǎo)線長(zhǎng)度變化，從而保證了傳輸精度。

　　為何4-20毫安起始點(diǎn)不在0毫安。

　　由于某種原因，傳感器連接時(shí)，可能導(dǎo)致接觸不良或斷開。斷線后，接收裝置不能采集電流信號(hào)，造成實(shí)際0mA與斷線混淆，無法判斷。若起始點(diǎn)是4毫安，斷定斷線。與此同時(shí)，4毫安的設(shè)置對(duì)雙線信號(hào)傳輸具有很大的優(yōu)勢(shì)。

　　當(dāng)前信號(hào)(4~20毫安)的優(yōu)點(diǎn)。

　　1.電流信號(hào)適于遠(yuǎn)距離傳送，因?yàn)殡娏餍盘?hào)不受導(dǎo)線電阻的影響，而電壓信號(hào)則在導(dǎo)線本身有電阻時(shí)分壓，造成測(cè)量誤差。對(duì)于4~20mA的最遠(yuǎn)傳輸距離一般控制在100m以內(nèi)，對(duì)于遠(yuǎn)距建議采用數(shù)字信號(hào)(485通信)。2.通常電流信號(hào)是兩線制的，電壓信號(hào)通常是三線制。相比較而言，雙線系統(tǒng)比三線系統(tǒng)更節(jié)省材料和成本。

　　3.電流信號(hào)的抗干擾性強(qiáng)于電壓信號(hào)，比現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜。如果存在干擾，建議用戶選擇4~20mA信號(hào)。

　　4.電流信號(hào)可以適當(dāng)?shù)爻龇秶?，輸出不精確的信號(hào)。舉例來說，壓力變送器在1mA.4~20mA范圍內(nèi)，超過這個(gè)范圍可以輸出24mA。

　　電壓信號(hào)稍有差異，這取決于電源。比如，測(cè)量范圍是1mA，輸出0~10V的壓力變送器，當(dāng)電源為9V時(shí)，不能輸出超過9V的信號(hào)。

　　5.如果導(dǎo)線是用不同的材料(例如銅的)制成的，通常會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電壓信號(hào)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，電流信號(hào)也不會(huì)。