4-20mA电流环路系统废能利用

4-20mA电流环路信号常用于工业环境，实现远距测量数据传输，例如：加工温度或者容器压力等。这种信号传输方式之所以成为人们的首选，因为它简单便捷、抗噪、安全，并且可以在没有数据损坏的情况下实现远距离传输。由于传输数据的电流相对较低，这些电流环路还是低功耗系统。以前，没有获得利用的功率，或者信号传输过程中损失的功率，都在发送器内耗散掉;但现在，利用现代集成电路以后，即使这一小部分功率也被节省下来，以支持系统中必需功能的正常工作。

4-20mA 电流环路系统基础知识

图 1 显示了一个典型的 4-20mA 电流环路系统。一个半稳压式 24V DC 电源同时向电流环路和发送器组件供电。发送器对重要信号(例如：温度、压力和其他参数)进行测量，然后输出一个 2-20mA 电流，其与该信号强弱成比例。该电流通过线路，传输至某个接收机系统。之后，电流遇到电阻器形成电压，其通过一个模数转换器 (ADC) 读出，然后再经过进一步处理。通过连线，连接回到为环路供电的电压源，这样构成一个完整的环路。

图 1 基本的 4-20mA 电流环路系统

工业应用中使用这些电流环路具有诸多好处：

l 电流环路是一些简单电路，仅要求一个简易电源、一个完成测量然后产生电流的发送器、一条传输线以及一个接收机电路。电源只需提供足以克服各种系统压降问题的电压;多余的环路电压刚好在发送器处得到降低。由于电流较低，仅有少量功耗，因此发热较少。

l 电流环路仅包含一个电流环路。因此，根据基尔霍夫电流定律，通过环路中所有组件的电流相等。这样便实现了较高的抗噪性，而抗噪性又是工业环境应用的关键。

l 由于信号电平最低达到 4mA，从而实现了安全性。如果环路内部出现损坏，或者环路连接断开，则接收机无法读出电流，其表明出现故障，而非最低信号电平。

l 只要电源电压高到足以克服系统压降，则代表测得信号的理想电流由发送器维持。因此，高压降和低成本的小规格线材用于进行互连，其仅要求增加电源电压。最为重要的是，线路允许相对较大的压降，便可以使用大量的连线。这样，受测仪器和对测量数据进行处理的控制室之间便可实现物理隔离，从而为控制室内的人员提供安全保护。

基本系统改进

我们可以利用多余的环路电压，用于向接收机电路供电，否则其会在发送器被降下来。图 2 显示了一个在电流环路中插入的电源。该电源与其供电的接收机电路一起放置于控制室中——有效地将多余环路电压转换为有用输出功率。

图 2 4-20mA电流环路中多余环路电压的利用