一、前言
工业场景中经常需要测量 4-20mA 电流信号，正确测量的核心在于区分不同 4-20mA 电流环路接线配置。本文按照应用普及程度从常见到少见依次讲解各类环路结构，覆盖现场绝大多数使用工况，完整说明测量操作要点。
二、4-20mA 电流环路基础知识
带有 4-20mA 电流环路输出的传感器、设备广泛应用于工业测控场景，具备部署简便、供电适配范围宽、输出噪声低、远距离传输无信号衰减等优势，多用于过程控制、数据记录仪、数据采集系统。
信号原理
传感器输出电流与被测物理量呈线性对应关系。以 100psi 压力传感器举例：压力 0psi 对应 4mA，100psi 对应 20mA，50psi 对应 12mA。物理量与电流输出满足线性关系，可通过kx+b公式换算为工程单位数值。
测量前提
4-20mA 信号的测量方式由传感器结构、测量仪器功能共同决定。
三、专业术语释义
E（直流激励）
多数环路需要外部直流电源供电，典型适配电压 10–24VDC；自供电传感器无需外接直流激励。部分测量仪器可直接输出激励电压，使用前需确认传感器供电需求。
R（分流电阻）
仪器无法直接采集电流，行业通用方案为串联已知阻值分流电阻，测量电阻两端压降，通过欧姆定律换算电流。分流电阻可外置或集成在采集设备内。行业常用 250Ω 分流电阻，4–20mA 电流对应 1–5V 压降。
分流电阻阻值越低，对环路负载影响越小；电流源负载特性与电压源相反，负载电阻趋近于 0Ω 不会影响信号。
i（回路电流）
传感器输出标准 4–20mA 电流信号，少数设备输出 0–20mA，本文以 4–20mA 为标准说明。
v（分流电压）
分流电阻两端产生、与回路电流成正比的电压，是仪器实际采集的信号值。
四、主流传感器环路配置与测量方法
（一）自供电传感器
属于应用最广泛的传感器类型，无需外接直流供电。供电来源分为两种：传感器内置交流供电；PLC 等设备自带供电输出端。
（二）2 线制传感器（低端分流）
仅两根导线同时实现传感器供电与电流信号采集，是新手最易混淆的接线方式。传感器与直流电源串联，回路电流随被测物理量变化，分流电阻两端电压可接入记录仪、采集系统完成测量。
实操建议将分流电阻布置在环路低端，搭配非隔离型仪器即可完成测量，规避共模电压干扰问题。
（三）2 线制传感器（高端分流）
电路逻辑与低端分流基本一致，仅分流电阻安装在环路供电高端。电阻两端电压依旧与回路电流线性对应，但电阻两端对地存在共模电压（CMV）。
展开全文
使用带隔离前端的仪器：高共模电压环境下测量稳定；
无隔离单端输入仪器：直接对地短路，无法测量；
无隔离差分输入仪器：信号饱和，测量数值失真。
（四）3 线制传感器
配备独立地线、4-20mA 信号线、电源线，区分清晰，入门操作难度最低，电源与电流环路共用公共地。
相比两线制，三线制可承载更大负载电阻。两线制环路中，分流电阻越大，分压越高，传感器两端供电电压会被持续拉低，低于最低工作电压后信号失效。原文案例：客户两线制环路电流至 18mA 时测量失效，经核算满量程 20mA 时 250Ω 电阻会产生 0.56V 压降，电源电压不足导致故障；更换更高电压供电可解决。三线制传感器供电电压不受分流电阻压降影响，可规避该问题。
五、接地规范与干扰解决方案
工业现场设备接地电位普遍不统一，不同设备地端之间压差可达数伏，极端工况最高 75V。不同电势地线连通会产生环流，使用非隔离仪器测量会出现四类故障：信号噪声大、测量数值偏差、仪器硬件损坏、仪器饱和无法采集。
无隔离仪器时，可按以下方案处理：
选用隔离回路电源，电源输出地与交流输入地电气断开，可直接搭配非隔离仪器使用；
自供电传感器，保证电流环路低压侧与供电系统隔离；
外部直流供电传感器，分流电阻统一布置在环路低端；
无法更换隔离电源时，电源、传感器、采集仪器、配套电脑全部接入同一插座 / 插排供电，禁止分插座取电。
最优方案：选用带隔离前端的测量仪器，可完全规避接地电位差带来的全部问题，无需额外调整接地与电路结构。
六、文末说明
4-20mA 电流输出传感器覆盖绝大多数工业测控场景，若遇到特殊环路配置无法正常测量，可联系康泰电子获取技术支持。返回搜狐，查看更多