4-20mA电流环路数据采集

最常见的工业测量之一是4-20 mA电流环路数据采集。电噪声存在于大多数工业环境中，使得将传感器/换能器输出作为电压进行测量变得不切实际，尤其是在长距离上。解决方案是将传感器/换能器输出作为电流信号（过程电流）传输。这是通过将电阻器（通常为 250 欧姆）与传感器/换能器和电源串联来实现的（图 1）。

图1 — 典型过程电流环路。

环路中的电流（I）与被测物理量的变化成正比。使用欧姆定律 （V = I × R）：

如果I = 4mA 4mA × 250欧姆= 1V

如果I = 20mA 20mA × 250欧姆= 5V

通常，4mA （1V）表示零电平，而20mA （5V）表示传感器/传感器的满量程输出。由于离开电池正极的所有电流必须返回负极，因此过程电流不受外部噪声的影响。

应避免的危害

尽管过程电流测量很常见且相对简单，但您需要避免一些沙坑。

测量过程电流时，重要的是要考虑环路电源接地和数据采集设备接地之间可能存在电位差（共模电压）。要检查这样的电压，请在两个接地之间放置一个电压表（图2）。

图 2 — 理想情况下，电源和数据采集接地之间将存在 0V。

如果存在共模电压（交流或直流），请确定输入信号和共模电压（CMV）的总和。如果此总和超过硬件手册中指定的设备最大额定值，则必须确定CMV的来源并在进行任何测量之前将其消除。这可能就像将环路电源和数据采集设备插入同一个墙上插座一样简单。

获取过程电流数据时的另一个常见问题是测量电流环路高端的分流电阻。这样做会使数据采集设备暴露在全电源电压下（图 3）。

图 3 — 假设接地是公共的，则在电路高端的分流电阻两端进行测量会使数据采集器件暴露在电源电压下。

为避免这种情况，请将分流电阻放在电路的低端（图 4）。

图 4 — 分流电阻位于电路的低端时，数据采集设备只能看到电阻两端的电压。

这使您可以仅测量分流电阻器两端的电压（1-5V）。相同的原理也适用于多传感器配置（图 5）。

图 5 — 正确的多传感器过程测量连接。

审核编辑：郭婷