两线制 4 – 20 mA 模拟输出的优势

4 – 20 mA 模拟输出是一种普遍认可的行业标准，用于长距离传输电信号（以电流形式）。例如，许多传感仪器，如压力变送器和传感器，都采用 4 – 20 mA 输出作为一种简单可靠的方法，将现场信息传送到系统控制室。

如果您想进一步了解这种输出类型，以及两线制连接与三线制连接相比的优势，那么您来对地方了。博尔森BRSEN技术负责人从业近二十年，在压力和温度测量方面拥有丰富的经验。在此期间，我被问到很多关于工作原理以及选择一种测量设备优于另一种的优势等问题。我们创建了 “了解基础知识” 系列，为刚进入该行业的人士提供一个信息框架，以便在需要时作为有价值的参考。

在本文中，您将了解 4 – 20 mA 模拟输出，包括其应用场景、工作原理，以及在您的应用中使用两线制与三线制的优势和挑战。读完本文后，您将知道这种输出类型是否适合您。

什么是两线制 4 – 20 mA 模拟输出？

诸如变送器和传感器之类的压力传感器使用两线制 4 – 20 mA 输出，将压力读数转换为 4 mA（通常代表测量范围下限）到 20 mA（代表测量范围上限）之间的电信号。这些仪器通过两根线运行，这两根线为设备供电并传输输出信号，为传输诸如温度、压力或流量等变量的信息提供了一种简单可靠的方法。

图 1. 两线制 4 – 20 mA 输出示意图

两线制 4 – 20 mA 模拟输出的优势？

两线制 4 – 20 mA 模拟输出是工业应用中可靠的通信标准，与其他方法相比具有几个关键优势。

• 安装和验证简单且经济高效：仅使用两根线连接压力传感器和控制系统，这种配置简化了安装过程，使其成为许多应用的实用选择。4 mA 输出对应零压力点，无需启动整个流程即可进行系统验证。
• 增强的信号可靠性和抗干扰性：电流回路配置确保 4 – 20 mA 信号保持强劲，并能抵抗电磁噪声，即使在具有挑战性的环境中也能确保准确测量。
• 信号传输距离长且不影响信号质量：电流回路设计允许信号通过低阻抗电缆长距离传输而不衰减，减少电压降。这使得 4 – 20 mA 输出能够覆盖数千英尺而不影响信号质量。
• 与回路供电设备兼容：回路供电仪器从电流回路获取电力，无需额外的电源供应，简化了安装过程。

何时必须使用三线制输出？

尽管两线制输出选项适用于大多数应用，但在某些情况下需要使用三线制输出。

虽然这种配置看起来比两线制系统更复杂，但它具有更高电阻负载的优势，并且能够在具有更高输入阻抗的测量仪器上运行。在某些对精确测量和信号完整性至关重要的特定应用中，这一点特别有用。

三线制输出有独立的电源线、输出线和地线，每根线在信号传输中都有特定用途。三线制设置所需的外部电源为驱动传感器并确保准确读数提供必要的能量。

图 2. 三线制 4 – 20 mA 输出示意图

4 – 20 mA 输出信号的应用和行业

• 工业流程：设备制造、化学加工、食品饮料、发电、配电设施、暖通空调与制冷（HVAC/R）系统、健康与安全产品等行业都使用 4 – 20 mA 模拟输出，以确保从传感器到控制系统的可靠数据传输。
• 石油和天然气：由于石油和天然气作业的特殊要求，安全和效率至关重要。使用 4 – 20 mA 输出传输来自石油钻井平台、炼油厂和管道中传感器的关键测量数据，可确保向控制系统操作员实时传输数据。
• 水和废水处理：有效的水资源管理对可持续发展至关重要。在水和废水处理厂中，4 – 20 mA 模拟输出在监测各种变量方面发挥着重要作用，有助于维持最佳处理流程并确保符合法规要求。