4-20mA信号的传送距离

“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”----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
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。

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。

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。

浅谈4-20mA.DC(1-5V.DC)信号制典型电路2009-09-03 10:46:08 阅读20 评论0 字号：大中小4-20mA.DC(1-5V.DC)信号制是国际电工委员会(IEC):过程控制系统用模拟信号标准。

我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采用4-20mA.DC,联络信号采用1-5V.DC，即采用电流传输、电压接收的信号系统。

这种信号制的优点有:现场仪表可实现两线制，所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线。

因为信号起点电流为4mA.DC，为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。

而且两线制还便于使用安全栅，利于安全防爆。

控制室仪表采用电压并联制信号传输，同一个控制系统所属的仪表之间有公共端，便于与检测仪表、调节仪表、计算机、报警装置配用，并方便接线。

现场仪表与控制室仪表之间的联络信号采用4-20mA.DC的理由是:因为现场与控制室之间的距离较远，连接电线的电阻较大，如果用电压源信号远传，由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压，将产生较大的误差，而用恒电流源信号作为远传，只要传送回路不出现分支，回路中的电流就不会随电线长短而改变，从而保证了传送的精度。

控制室仪表之间的联络信号采用1-5V.DC的理由是:为了便于多台仪表共同接收同一个信号，并有利于接线和构成各种复杂的控制系统。

如果用电流源作联络信号，当多台仪表共同接收同一个信号时，它们的输入电阻必须串联起来，这会使最大负载电阻超过变送仪表的负载能力，而且各接收仪表的信号负端电位各不相同，会引入干扰，而且不能做到单一集中供电。

采用电压源信号联络，与现场仪表的联络用的电流信号必须转换为电压信号，最简单的方法就是:在电流传送回路中串接一个250欧姆的标准电阻，把4-20mA.DC转换为1-5V.DC，通常由配电器来完成这一任务。

4-20MA采集模块使用说明一.概述8通道模拟量热电偶信号混合型采集模块,采用最新技术和进口原装芯片.具有精度高,性能稳定,抗干扰强，隔离，高速经济的特点,能在恶劣环境下运行. RS485接口,支持Modbus RTU ,DECON标准协议,停止位和波特率随意设置，是PLC控制系统扩展热电偶采集的最佳选择.可以直接连接PLC、DCS 以及国内外各种组态软件（亚控组态力控组态MCGS等等）。

二.技术指标型号：TDAM7018 通道数： 8通道信号类型：K，J，E，R，S，N,T,B,钨铼（2000多度）等型热电偶,通过软件设置各通讯输入类型电流采集范围:±20mA, 0-20 mA, 4-20Ma电压采集范围:±1000mV或±10V ±5V,±100mV,±500mV, ±1V精度：0.1级 分辩率: 24位 扫描周期：100ms采样频率：AD采样频率每通道1000次/秒，数据刷新3次/秒通讯接口：RS485接口.光电隔离，ESD保护.标准协议：MODBUS-RTU DECON协议工作电源：9-36VDC 功耗: 1.0W冷端补偿误差： <±1℃. 环境温度：温度-20～70℃相对湿度:≤85% RH 无凝结 通讯距离：1200米，可加中继延长安装方式：DIN35mm标准导轨卡装或螺钉固定.产品外观尺寸：100*70*26MM 含端子尺寸:120*70*26MM三．功能和特点z8路差分输入:提供高过压保护和传感器断线检测功能；抗干扰强隔离，高速经济,使用范围广.z采样频率： AD采样频率每通道1000次/秒，数据刷新3次/秒z通讯接口： RS485接口. 隔离电压： 3000 VDC.z RS485通信： 光电隔离，ESD保护.通信部分电源隔离，信号采用高速光耦光电隔离，使通信更稳定可过压过流保护，TVS管保护，全方位保护通信芯片！z标准协议： 支持DCON和Modbus RTU协议，停止位和波特率随意设置，是PLC控制系统扩展模拟量或热电偶采集的最佳选择.z业界独创1： 采用PT1000作为冷端补偿，冷端补偿温度精度更高，性能更稳定,模块内置测温元件，自动完成热电偶冷端温度补偿;z业界独创2: 唯一能采2000多度的钨铼型热电偶z热电偶输入过压保护：±220V. 输入阻抗： 20兆欧姆.z电源输入端: 具有直流滤波器功能，抗干扰能力强，适用于恶劣环境下运行.z50Hz与60Hz工频干扰抑制：CMR>120dB NMR>80dB.z接线端子: 插拔式端子;z软 件: 随货免费配送设置软件,功能更强大，一键搜索，再也不需烦琐的硬件跳线来实现 参数设置.z安 装: 35mm卡槽安装，装卸更灵活.并可垫起来安装(如下图)四.应用领域SMT行业温度数据监测 电子设备厂温度数据监测电子产品的温度数据监测 冷藏库温度监测仓库温度监测 药厂GMP监测系统环境监测 电信机房监测过程温度监测 啤酒生产空调监测 石油仪器设备机房环境监测工程 库房环境监测工程塑料机械设备数据监测 高校等做实验菜棚/养殖棚的温湿度监测….五. 所需配件：z转换器:RS232转485(有源/无源/USB转)z开关电源24V/2A 3A z传感器 z电脑。