两线制4～20mA电流信号能传多远

4-20mA是什么？简单易懂，让你不再一脸懵...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。

肯定有很多朋友会问：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，4-20 mA X 250 ohms = 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。

有几种说法，仅供参考1.两线制4～20mA电流信号，在负载符合要求的前提下，传输过程中信号没有线阻损失，不会衰减，抗干扰能力强2、两线制4～20mA输出型变送器的带载能力，按R＝50×（V－u）计算，单位Ω，其中，V为实际供电电压，u为变送器允许的最低供电电压, V的取值，要考虑电压波动因素，如不足24VDC的情况3、两线制4～20mA电流信号的理论传输距离，按L＝0.5×（R－A）÷B 计算，单位公里, 其中，A 为信号接收端，采集卡、二次表等设备的取样电阻，常见的有250Ω、100Ω 等；B为每芯电缆每公里的电阻值；实际应用要留余量，按理论传输距离L值的50% 估算，俺认为较好4、直流信号传输，电缆最好选用密度80%以上屏蔽的双绞线2.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。

想传输距离远就需要24VDC功率稳定，保障屏蔽单点接地，避免信号地浮空，同时将铜芯换粗。

能传多远可以简化计算下。

假设供电24VDC为10%波动，变送器保障恒流的最低电压为16V,铜芯工作温度为75℃那么R=(24-1.2-16)/0.02-250=90已知t=75℃时铜的电阻系数ρ=0.0217Ωmm2/m则1.0mm2的铜芯传输距离D=1.0*90/0.0217/2=2073m这是1.0mm2的理想传输距离，实际传输距离最好再减少20%为稳妥。

因为你测一下你来的电缆面积就知道什么叫奸商了。

我说过这是理论值呀，如果要经验值的话1.0mm2可以拉1000m，1.5mm2可以拉1500m。

但是这在屏蔽呀、电源电压呀都按规范来的情况下。

3.4-20mA电流传输距离过远确实会存在干扰和衰减，一般情况下，传输距离越远，需要使用的电缆线截面积越大；大概情况可以这样区分：小于80m 0.75mm小于110m 1.0mm小于170m 1.5mm小于260m 2.5mm小于900m 4.0mm至于更长基本上也没有这个必要，一般情况下中控室和现场不会超过1km吧4.这得看输出信号的带载能力，大多数DCS AO卡都能带700欧姆负载，如果是接齐纳安全栅和电气阀门定位器的话，阀门定位器负载是250欧，齐纳栅上有130欧姆，还有个0.7V 的压降，电流按20mA算，相当于35欧电阻，安徽天康的1.5mm2电缆1公里13.5欧姆，来回是27欧姆，700-250-130-35=285欧，285/27=10.556公里，所以基本上是没问题的，如果是隔离安全栅那就可以接更远了。

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。

采用4—20mA的电流来传输模拟量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。

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，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。

一般需要设计一个VI转换器，输入0-3.3v，输出4mA-20mA，可采用运放LM358，供电+12v。

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。

两线制4-20ma原理4-20mA（毫安）是一种常见的电流信号传输标准，常用于工业控制系统中，例如传感器和执行器之间的信号传递。

两线制（Two-Wire）4-20mA是指使用两根导线进行信号传输的系统。

以下是两线制4-20mA的基本原理：1.电流范围：4-20mA的范围表示电流信号的范围。

在正常运行情况下，传感器或设备产生的电流在4mA到20mA之间变化，对应了相应的测量范围。

4mA通常表示零点，而20mA表示满量程。

2.两线制：使用两根导线进行信号传输，其中一根是电流的信号线，另一根是信号线和电源的共地线。

这简化了布线，降低了系统的成本，因为只需要两根导线就能传输电源和信号。

3.电流信号：在4-20mA标准中，电流信号的范围对应于测量值的范围。

例如，一个温度传感器可能在25摄氏度时输出4mA的电流，而在75摄氏度时输出20mA的电流。

这种方式对比电压信号更抗干扰，因为电流信号不容易受到电阻和线路阻抗的影响。

4.设备供电：在两线制4-20mA系统中，通常使用环回供电（Loop-Powered）方式。

即，传感器或设备通过同一根导线接收电源供电。

这就要求设备能够工作在非常低的电流下，以确保在电流范围内提供足够的电源。

5.信号解析：接收端的控制系统测量电流值，并将其解析为相应的物理量，例如温度、压力或液位。

通常，控制系统中有专门的模块或电路用于解析4-20mA电流信号。

总体来说，两线制4-20mA系统的优势在于抗干扰性强、布线简单、成本相对较低，因此在工业环境中被广泛应用于传感器和执行器的信号传输。

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。

两线制4-20ma原理两线制4-20mA电流回路是工业自动化中一种常见的模拟信号传输方式。

它在工业控制现场中广泛应用，用于传输测量、监测和控制设备的模拟信号。

该回路的原理很简单，是通过将模拟信号转换为标准的4mA到20mA的电流，然后通过两根导线传输至远程设备，最后再将电流信号转换回模拟信号进行处理。

以下是该回路的详细解析。

1.原理概述两线制4-20mA电流回路采用4mA到20mA的电流范围来表示模拟量的变化。

其中4mA表示信号的最小值，20mA表示信号的最大值。

这种电流范围相对较大，有助于提高信号传输的抗干扰能力，特别适用于工业环境中电磁干扰较多的场合。

2.发送端在发送端，首先需要将模拟信号转换为相应的电流信号。

通常使用模拟信号转换模块，例如模拟电流输出模块，将0-10V或0-20mA等模拟信号转换为4-20mA的电流输出信号。

此时，电流根据输入模拟信号的大小进行调节，当模拟信号为0时，输出电流为4mA；当模拟信号达到最大值时，输出电流为20mA。

3.传输线路经过模拟信号转换后，输出的4-20mA电流信号将通过两根导线进行传输。

这两根导线通常称为“回路电源线”和“回路信号线”。

回路电源线提供电流回路所需的电源供电，实时监测电流波动情况；而回路信号线则用于传输电流信号。

4.接收端在接收端，需要将电流信号重新转换为模拟信号进行处理。

通常使用接收模块，例如模拟电流输入模块，将4-20mA的电流信号转换为0-10V或0-20mA等模拟信号。

接收模块会根据电流信号的大小，将其转换为相应的模拟信号输出。

5.电源供电两线制4-20mA电流回路的电源供电方式有两种常见的形式：一是使用回路电源，即在回路电源线中提供电源供电；二是使用第三方电源供电，即通过外部电源为回路提供电源。

回路电源通常具有一定的过压和短路保护功能，确保电源稳定和回路安全。

6.优势和应用两线制4-20mA电流回路在工业自动化中具有以下优势：-高抗干扰能力：电流信号相对于电压信号，具有更好的抗干扰能力，能够有效抵御外界电磁干扰对信号传输的影响。

4~20mA信号传送距离欧阳光明（2021.03.07）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?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。

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%,电源允许波动△V=24V*5%=1.2V,Imax=20mA=0.02A,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。

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=5253m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:用标称截面1.5mm2导线时L1=5253.5／2=2626m用标称截面0.8mm2导线时L2=2801.8／2=1400m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。

基础知识两线制4～20mA电流信号究竟能传多远？两线制4～20mA电流信号能传多远呢？今天仪控君就来给大家科普一下！1.两线制4～20mA变送器的电流信号究竟能传多远呢？干扰因素：①与激励电压高低有关；②与变送器允许的最小工作电压有关；③与板卡设备采集电流用的取压电阻大小有关；④与导线电阻的大小有关。

通过这四项有关量，可以计算出4～20mA电流信号的理论传输距离。

2.要使4～20mA信号，无损失在两线回路里传输，必须满足欧姆定律。

即满足：（激励电压－变送器允许的最小工作电压）≥输出电流×电流环路总电阻当输出电流I=20mA，即0.02A时，上式取等号，则：电流环路总电阻=（激励电压－变送器允许的最小工作电压）÷0.03、将这个计算值记作r，即r=（激励电压－变送器允许的最小工作电压）×50，单位Ω这个r，业界称之为电流信号的负载电阻，也就是电流信号的最大带载能力。

3.业界为什么要特意给出这个r的计算式呢？那是由于：4～20mA电流信号能传多远，实质是实际电阻，与r 比大小的问题。

当环路实际总电阻＞r时，就算传输距离为0，变送器也是没办法输出20mA电流的；当环路实际总电阻=r时，变送器输出20mA电流，传输距离只能为0米（超导除外）；当环路实际总电阻＜r时，变送器输出20mA电流，才能在环路中有效传输若干米。

①由于板卡采集电流用的取压电阻为定值，故导线电阻大小，决定着传输距离的长短；②导线电阻越小，信号传输的距离越远；③导线若是超导，电阻≈0，那电流传到美国去也不是事，传到火星去也没问题。

综上所述，电流环路的总电阻R，必须满足R≤r，否则4～20mA 信号，无法正常传输。

4.电流环路的总电阻R，由板卡设备上采集电流信号的取压电阻R1，和导线电阻R2组成。

取压电阻R1，多见250Ω、150Ω、100Ω、50Ω，而今流行100Ω～40Ω等小电阻取压。

导线电阻R2＝电导率×导线总长度÷导线横截面积=单位长度电阻×导线总长度＝单位长度电阻×传输距离×2编个小题算一算4~20mA电流信号的理论传输距离L（单位千米），A采用2.5平方毫米双绞线，每1000米的电阻=7.5Ω，用此导线传输信号A自研自造的SC322无零漂压力变送器，最小允许激励电压=10VDC，DCS板卡上采集电流用的取压电阻R1=100Ω，DCS板卡上的供电电压＝24VDC，电流信号的最大传输距离距离为多少？计算如下：①先计算变送器的负载电阻r，r=(24-10)×50=700Ω②再写出环路总电阻R的算式：R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 单位Ω③由于有R≤r，即（100+15L）≤700计算得：L≤40千米，即最大传输距离为40000米。