传感器为何是4-20ma？4-20ma到底能传多远？

 4-20mA传感器的由来

    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。

    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，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。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。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。

因此、4-20mA的信号输出一般不容易受干扰而且稳定可靠、所以工业上普遍使用的都是二线制4-20mA的电源输出信号。但为了能更好的处理传感器的信号、目前还有更多其它形式的输出信号：3.33MV/V；2MV/V；0-5V; 0-10V等。

4-20ma到底能传多远？

两线制4～20mA电流信号能传多远呢？今天小编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，满足欧姆定律。

即满足：（激励电压－变送器允许的工作电压）≥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，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

5、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，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=700Ω

②再写出环路总电阻R的算式：

R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 单位Ω

③由于有R≤r，即（100+15L）≤700

计算得：L≤40千米，即传输距离为40000米