2 4-20mA 变送器基础知识

4-20mA 变送器按功率和导线数量分为四线制、三线制和两线制等类型。在本文中，我将重点介绍两线制类型。

图 1 中的两线制现场变送器连接现场电源和模拟输入模块，由此形成一个电流环路。现场变送器中的第一个子系统是传感子系统，它连接物理传感器、调节其输出并将信号转换为数字代码来进行处理（包括线性化和校准）。第二个子系统是发送子系统，它通过从环路中提取电源为变送器供电，通过将数字信号转换回模拟信号来发送处理数据，并控制环路电流。变送器通过将环路内的电流调节为压控电流源来传输信号。

图 1 通用两线制 4-20mA 传感器变送器。

在图 2 中，一个 NPN 型晶体管（即 N 沟道-P 沟道-N 沟道）提供电流并对电流进行调节，晶体管基极通过由数模转换器 (DAC) 驱动的放大器控制。宽输入电压低压降 (LDO) 稳压器将环路电压降至变送器电源等级，从而为不同的元件供电。如果 DAC 没有集成基准，则可以使用电压基准；而支持高速可寻址远程传感器 (HART) 的变送器需要 HART 调制解调器。

图 2 两线制 4-20mA 变送器电路。

工作原理非常简单：将运算放大器的两个输入端保持虚拟本地接地。R1 两端的电压是多少，Rsense 的电压也是多少。经过适当调节，Rsense 会传输调节版本的 R1 电流。考虑到 Rsense 电流几乎是现场变送器的总电流（即使是图 2 中和线性度性能的传感部分也如此），DAC 输出控制整个变送器的电流。NPN 晶体管和放大器环路会旁路必要的电流以补充变送器本身使用的任何电流，从而达到所需的输出电流。