一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。
傳輸信號時候，要考慮到導線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導線的產生一定的壓降，那接收端的信號就會產生一定的誤差了！所以使用電流信號作為變送器的標準傳輸！
基本介紹
- 中文名：4-20mA
- 最小電流：4mA
- 最大電流：20mA
- 特點：具有感測器的線性化電路
概述,4~20mA電流環工作原理,4～20mA的校正,
概述
一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。
傳輸信號時候，要考慮到導線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導線的產生一定的壓降，那接收端的信號就會產生一定的誤差了！所以使用電流信號作為變送器的標準傳輸！
那么為什麼選擇4-20mA而不是0-20mA呢？4ma而不是0ma是用來檢測線路開路的，如果0是最小，那么開路故障就檢測不到了
4~20mA電流環工作原理
在工業現場，用一個儀表放大器來完成信號的調理並進行長線傳輸，會產生以下問題：第一，由於傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受到噪聲的干擾；第二，傳輸線的分布電阻會產生電壓降；第三，在現場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。
為了解決上述問題和避開相關噪聲的影響，我們用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲並不敏感。4～20mA的電流環便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低於4mA高於20mA的信號用於各種故障的報警。
4～20mA電流環有兩種類型：二線制和三線制。當監控系統需要通過長線驅動現場的驅動器件如閥門等時，一般採用三線制變送器，這裡XTR位於監控的系統端，由系統直接向XTR供電，供電電源是二根電流傳輸線以外的第三根線。二線系統是XTR和感測器位於現場端，由於現場供電問題的存在，一般是接收端利用4～20mA的電流環向遠端的XTR供電，通過4～20mA來反映信號的大小。
4～20mA產品的典型套用是感測和測量套用。在工業現場有許多種類的感測器可以被轉換成4～20mA的電流信號，TI擁有一些很方便的用於RTD和電橋的變送器晶片。由於TI的變送器晶片含有通用的功能電路比如電壓激勵源、電流激勵流、穩壓電路、儀表放大器等，所以可以很方便地把許多感測器的信號轉化為4～20mA的信號。
電橋感測器的大多數套用是用於測量壓力。在一個實際電路中，如果惠斯登電橋每條臂上的電阻為2k ，那么無論從激勵電壓端或差分輸出端看進去，它的等效電阻都是2k 。在沒有壓力的時候，它的電橋是平衡的，輸出電壓為0。當施加壓力時，由於電橋失衡，會產生一個差分電壓，差分電壓便會反映這個壓力的大小。
滿度和色調是壓力感測器的兩個主要技術指標，現實世界裡使用著的感測器都存在著一定的非線性，它的輸出電壓會隨著溫度的變化而變化。輸出電壓隨溫度的變化不是線性的，滿度和色調都具有這種性質。
4～20mA的感測器信號調理解決方案
4～20mA電流環在結構上由兩部分即變送器和接收器組成，變送器一般位於現場端、感測器端或模組端，而接收器一般在PLC和計算機端，它一般在控制器內。
二線制4～20mA電路套用，其工作電源和信號共用一根導線，工作電源由接收端提供。為了避免50/60Hz的工頻干擾，採用電流來傳輸信號。二線制方案需要考慮的主要問題：確定所用接收器的數量，當有多個接收器時，它將要求變送器擁有一個較低的工作電源電壓。另外一種考慮是降低迴路電流在接收端的壓降。
二線制方案設計需要考慮：
（1）電路環中的接收器的數量：更多的接收器將要求變送器有較低的工作電壓； （2）變送器所必需的工作電壓要有一定的餘量；
（3）決定感測器的激勵方法是電壓還是電流。
圖2為TI提供的帶有電壓調節和參考電路的二線制方案。圖中XTR115/116是用於4～20mA信號的精密的信號轉換器，它包含有5V電壓的穩壓電路，可以向外部電路供電。一個精密的片上基準電壓可以用於電壓偏置或者感測器的激勵。
三線制4～20mA電路在設計上是由變送器端提供工作電源，為避免50/60Hz的工頻干擾，採用電流來傳輸信號。XTR調節器和現場的負載共用一個地接。方案設計需要考慮：
（1）電流環路中的接收器的數量；
（2）更多的接收器要求變送器擁有更高的工作電壓；
（3）保證變送器所必需的工作電壓，並應該有一定的餘量。
TI提供的三線制的變送器套用方案如圖3所示，圖中XTR110是一個用於模擬信號傳送的精密的電壓-電流轉換器，它可以將0～5V或0～10V的輸入電壓直接轉換到4～20mA、0～20mA、5～25mA的輸出信號。XTR110含有精密的電阻網路，以適應不同的輸入輸出要求。一個10V的電壓參考可以用於驅動外部電路。
4～20mA的校正
傳統的4～20mA校正，要求特殊的夾具固定，需要特別的雷射或手動電阻器調整，而調整是相互影響的，需要一個測試、調整，再測試、再調整的過程，調整次數和範圍有限。電子器件和感測器調整起來不夠方便。
現代的數位化4～20mA校正，它允許電子器件和感測器在封裝之後進行調整；可通過計算機計算出校正係數來簡化數值調整；可以有無限的調整次數，並且有很好的解析度和較寬的調整範圍；調整過程中不存在相互影響；電子器件和感測器可以很方便地調整。
XTR108是TI提供的校正4～20mA的解決方法。它具有480 A的電流參考，它提供RTD的非線性校正，不需要外加可調電阻器。XTR108的特點有：
（1）具有感測器的線性化電路；
（2）數字校正。通過SPI接口可以直接對XTR108設定，通過SPI接口可直接編程EEPROM；
（3）自動穩零的可程式增益的套用放大器的增益範圍為6.26～400倍；
（4）RTD激勵的可程式電流的解析度為1.54 A；
（5）校正參數存儲在外接的EEPROM中；
（6）可程式的過量程和欠量程的輸出。
此外，TI還提供一款橋路感測器的數字校正解決方案——PGA309，它是專為壓力橋路感測器設計的可程式模擬信號調節器。它模擬放大器感測信號並提供對色調電壓和滿度電壓的數字校正，由於避免了手動調整而獲得了長期的穩定性，並將輸出電壓信號轉換成4～20mA的輸出。
