4-20mA，指的就是最小電流為4mA，最大電流為20mA 。

在工業(yè)現(xiàn)場，要完成信號的調(diào)理并進長線傳輸，行會產(chǎn)生以下問題：

為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，我們會用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲并不敏感。4-20mA的電流環(huán)便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報警。（一般2mA判斷為斷線）。

肯定有很多朋友會問：為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢？很簡單，如果0是最小，那么開路故障就檢測不到了！

這個4-20mA控制回路是怎么工作的呢？

4-20mA構(gòu)成基礎(chǔ)要件：

• 24V電源供電；

• 變送器控制4-20mA信號使其與過程變量成比例變化；

• 指示器將4-20mA信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)過程變量；

• 指示器或控制器I/O輸入電阻250Ω分流器生成1-5V輸入信號（歐姆定律：電壓=電流*電阻，4-20 mA X 250 ohms = 1-5V）

1)它們將熱電偶或熱電阻傳感器的溫度信號轉(zhuǎn)換為4-20mA信號然后再輸出；

2)控制器再將4-20mA反譯為具體的溫度值；

3)基于此溫度值，控制回路給實現(xiàn)對過程終端控制元件的控制。

同樣，控制回路中的壓力變送器，通常用來測量過程介質(zhì)的壓力值：

1)傳感器感知壓力，又由變送器將信號轉(zhuǎn)換為4-20mA信號；

2)控制器再將4-20mA信號反譯為壓力值；

3)控制器根據(jù)壓力值，給閥門發(fā)送指令，控制閥門開度實現(xiàn)安全閥控制，確保容器不產(chǎn)生危險壓力。

兩線制4-20mA電流信號能傳多遠呢？

1.干擾因素

①與激勵電壓高低有關(guān)；

②與變送器允許的最小工作電壓有關(guān)；

③與板卡設(shè)備采集電流用的取壓電阻大小有關(guān)；

④與導(dǎo)線電阻的大小有關(guān)。

通過這四項有關(guān)量，可以計算出4-20mA電流信號的理論傳輸距離。

2.要使4-20mA信號無損失在兩線回路里傳輸，必須滿足歐姆定律。即：

3.為什么要特意給出這個r的計算式呢？

• 當(dāng)環(huán)路實際總電阻＞r時，就算傳輸距離為0，變送器也是沒辦法輸出20mA電流的；
• 當(dāng)環(huán)路實際總電阻=r時，變送器輸出20mA電流，傳輸距離只能為0米（超導(dǎo)除外）；
• 當(dāng)環(huán)路實際總電阻＜r時，變送器輸出20mA電流，才能在環(huán)路中有效傳輸若干米。

①由于板卡采集電流用的取壓電阻為定值，故導(dǎo)線電阻大小，決定著傳輸距離的長短；

②導(dǎo)線電阻越小，信號傳輸?shù)木嚯x越遠；

③導(dǎo)線若是超導(dǎo)，電阻≈0，那電流傳到美國去也不是事，傳到火星去也沒問題。

綜上所述，電流環(huán)路的總電阻R，必須滿足R≤r，否則4～20mA信號，無法正常傳輸。

4.電流環(huán)路的總電阻R，由板卡設(shè)備上采集電流信號的取壓電阻R1，和導(dǎo)線電阻R2組成。

5.編個小題算一算

計算如下：

①先計算變送器的負載電阻r，r=(24-10)×50=700Ω

②再寫出環(huán)路總電阻R的算式：

R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 單位Ω

③由于有R≤r，即（100+15L）≤700

計算得：L≤40千米，即最大傳輸距離為40000米。

常見故障、原因與排查步驟

• 接線和端子的問題：壞的終端，絕緣問題，線路的腐蝕及污染等；
• 回路電源：噪音干擾、過壓等問題都可能導(dǎo)致回路工作的不正常；
• 控制系統(tǒng)I/O卡件故障；
• 變送器；
• 傳感器：元件的損壞、測量通道的阻塞。

1. 驗證4-20mA信號

用串聯(lián)法或用毫安電流鉗表測量4-20毫安信號：

1)驗證電源供電

2)查找線路問題

3)查找I/O問題

4)查找有問題的接線終端

故障排查步驟：

1)測量回路中的毫安數(shù)值，如果測量到了0mA，那么繼續(xù)深入排障；

2)如果控制器沒有指示顯示，可能是I/O輸入的保險絲熔斷，回路出現(xiàn)開路故障。

2.控制器I/O問題排障：4-20mA回路排障(替代測試)

故障排查步驟：

1)斷開變送器連接，將回路校準(zhǔn)器或過程表連接在原變送器位置；

2)設(shè)置毫安模擬，并設(shè)置范圍在4-20毫安；

3)驗證指示器的正確數(shù)值，在同一測試中完成對線路、電源供電和I/O的測試；

4)如果控制器沒有指示顯示，可能是I/O輸入的保險絲熔斷，回路出現(xiàn)開路故障�？赏ㄟ^測量在250Ω輸入來進行驗證。

3.電源供電問題排查

使用回路校驗儀或多用表，測量回路供電電壓。

故障排查步驟：

1)測量電源供電，應(yīng)該在近似24V。

2)如果測量結(jié)果是不確定的，就進行替代測試。

a. 斷開裝置回路電源

b.將回路校準(zhǔn)器或過程表的24V回路供電端連接在這個位置

c.如果此時問題得到解決，那么裝置的回路電源可能有缺陷或者存在過載

4.線路噪聲排障

在正常情況下，系統(tǒng)中應(yīng)該只有少量的mV級的交流電壓存在。