工业控制系统中仪表传输信号的选用

（文章来源：百家号）
       我们的仪表为什么使用4-20mA作为信号源而不常使用1-5V电压信号呢？为什么不是0-20mA呢？或者0-100mA呢？

我们先讲一讲为什么使用电流源信号而不使用电压源，其实原因很简单，我们都知道，所有的电线都有电阻，我们可以把电线看作是一个个小电阻串联起来的，根据我们初中学的物理知识，我们可以很简单地知道，在串联回路中，电流在电路中处处相等，不会受线路长度影响，打个不恰当的比方吧：银行里发行一张100块的钱，不论从哪个节点拿到它，都是100块，但是经手的人越多，它会变得越久越皱。

我们可以试想一下，如果我们使用电压作为测量信号载体，那么由于电线的长度不同，电阻不同，压降不同，最终得到的测量结果就会有偏差。因此，信号发送端是电流源，输出阻抗极高，长线传输的线路电阻不会影响电流信号的质量，接收端是低阻抗负载，抗干扰能力强。如果是电压信号传输，线路电阻分压会造成误差。

那么，为什么使用的是4-20mA呢？

首先我们说说为什么最大电流使用20mA：20mA的最大值，既满足测量的需要，也符合防爆、功耗、成本等方面的要求，它安全、实用、功耗低、成本少。在工业自动化的很多场合，是需要严格控制电火花的，而20mA的电流通断引起的电火花的能量不足以引燃瓦斯，相对来说比较安全，再大了就存在该方面的隐患了。如果你说那么我们可以更小一点啊，再小一点的话，对于信号的精确度将受影响，可以想像一下，如果20mA代表1000度温度的话，使用10mA的最大电流值代表1000度，则每少0.1mA测量的准确率相差约2倍，当然越大的电流信号，越适合现场仪表间的远程传输。

然后我们说说为什么最小的电流选择4mA而不是0mA：其实使用最小值 4mA可以取得两方面的好处：仪表中的变送器需要一个静态工作电流，否则将无法工作。而4mA正是变送器静态工作电流，也叫作传感器的供电（静态）电流。同时使用4mA而不是0mA还有一个好处在于，它可以随时知道线路是否正常，因为当线路断开时，接收端将得不到反馈电流，即0mA。如果使用0mA作为起点电流，将无法判断是线路断路还是现场信号为0.因此，使用4mA作为起点电流，一举两得。

当然，工业中也有使用电压变送器0-5V、0-10V、1-5V的输出，主要考虑的是在短距离信号测量系统里应用。