工业管道上需要采集一些模拟量比如温度、压力、湿度、流速等。这些非电信号的物理量都需要转换成模拟电信号才能进行远距离传输工业上普遍采用4-20mA电流来传输模擬量。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上不影响精度，在普通双绞线上可传输几百米遠

上限取20mA是因为防爆的要求，20mA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當传输线路故障断路时，环路电流降为0mA常取2mA作为断线报警线。

4-20mA变送器一般分为4线式、3线式、2线式典型的是4线式，即两根电源线两根信号线。当然信号线可以与电源线共用一根就简化成了3线式。当然线路可以既能供电又能传输信号就变成了2线式。现在最普遍的就是2線式但2线式变送器自身消耗电流要小于4mA。下图是几种连线方式：

一些工业上常见的4-20mA传感器如下图所示：

这些传感器的输出区间是4-20mA即对於流量温度压力传感器而言4mA对应的分别是0m?/h、0℃、0bar；20mA对应的为100m?/h、100℃、10bar。一般测量电流与传感器测量值呈线性关系比如测量值为12mA（12mA是4-20mA的Φ间值），则上述传感器的值分为为50 m?/h、50℃、5bar

针对4-20mA电流信号的采集，常规的方案是温漂小的精密电阻（≤1‰）将电流转换成电压进行测量还有更优化方案是采用精密电阻＋运放来实现。比如4-20mA的电流使用150Ω的高精度电阻进行I-V转换为0.6-3V该电压可以直接接到ADC上进行采集。使用運放的话可以进行阻抗匹配进行下缓冲可能会使测量精度提高。

进行了简单仿真如下图所示：

把电流信号转换为电压信号然后经过单爿机的12位ADC转换，结果是把0-VCC的值转换成了0-4095如果VCC是3V，我们可以再利用等比公式把0-4095转换成0-3V的电压值，最后把电压转换为电流值这就是我们所采集的电流了。

发布了70 篇原创文章 · 获赞 94 · 访问量 9万+