各行各业的工业现场总离不开过程控制系统。这些控制系统一般由很多单元组成，如可燃气体浓度探测器、输入模块、现场监控端、中央处理单元、电源等等，不同单元间需要进行数据通讯。在实际应用中，除了数字信号（如RS485、CAN等总线）外，还有一种“古董级”的模拟信号同样广泛应用于各类仪表。这就是4~20mA电流环（以下简称4~20mA）。

一、简介

4~20mA是国际电工委员会(IEC)过程控制系统用模拟信号标准。4~20mA的零电平信号采用4mA大小的电流表示，满量程采用20mA电流表示，因此得名“4mA~20mA电流环(current loop)”。 分线制的可燃气体浓度探测器就采用4mA~20mA。

4mA以下的电流输出用来进行故障诊断功能，20mA以上电流被认为是超量程输出。不同电流输出的具体含义如下表所示：

二、为什么采用4~20mA的电流来传输模拟量?

4~20mA是一种模拟通信方式，与各种现代数字通信方式相比，它有其自身的优点。

1、它不需要复杂的编码、解码工作，通信方式简单且通用。如采用4~20mA输出信号的可燃气体浓度探测器，理论上可以配接任意厂家的可燃气体浓度控制器，无需专门编码。

2、由于电流环与生俱来的抗干扰能力，在噪声环境复杂的工业现场具有很高的可靠性。因为工业现场的噪声电压的幅度可能达到数V，但是噪声的功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4~20mA传输带来的误差非常小；电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米。

3、4~20mA电流环通信又有比较可靠的故障诊断功能。4~20mA输出信号的气体变送器每回路单独通讯，任何一台的故障不会影响其他气体变送器，同时可以方便地根据电流信号来判断气体变送器的工作状态。

三、为什么上限为20mA？为什么下限为4mA?

可燃气体浓度探测器基于安全、实用、功耗、成本的考虑，特别是要满足防爆的要求，20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃可燃气。

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，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。

四、4-20mA电流环类型?

1、四线制：两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。

2、三线制：电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），称之为三线制变送器。目前三线制是4-20mA输出信号可燃气体浓度探测器的主流类型。

3、二线制： 4~20mA电流环本身就可以为变送器供电，变送器在电路中相当于一个特殊的负载，这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。

两线制更为简单，但要注意的是，电流环标准下限为4mA，变送器通常只有24V，4mA供电，因此变送器的功耗要小，常见的可燃可燃气体浓度探测器、声光报警可燃气体浓度探测器等产品均不能两线制正常工作。两线制仅常见于有毒气远程显示变送器等少数场合。

五、4-20mA不适合场合?

虽然4~20mA电流环以其结构简单、可靠性高的特点在可燃气体浓度探测器、有毒气体浓度探测器等产品得到广泛应用，但在需要高速通信的场合，一般认为4~20mA不适合。电流源的高阻特性、传输电缆的寄生参数等因素限制了整个环路的频率响应。

南京艾伊科技一体化解决方案和气体检测分析仪,粉尘检测仪,气体检测报警仪,氧含量分析仪,可燃气体检测仪等.生产,销售,研发，售后一条龙科技服务商. 咨询热线:400-025-9821