4~20mA電流環(huán)路被廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信。本文討論了基于低成本微控制器的電流環(huán)路校準(zhǔn)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這些校準(zhǔn)器主要用于測(cè)試和校準(zhǔn)通過(guò)4~20mA電流環(huán)路標(biāo)準(zhǔn)通信的系統(tǒng)。

　　這次任務(wù)的目的是降低這些設(shè)備的成本，進(jìn)而降低其銷售價(jià)格。所設(shè)計(jì)設(shè)備的電流源分辨率為0.001mA。它能以階梯或斜坡函數(shù)格式自動(dòng)化地或通過(guò)數(shù)字鍵盤以人工方式輸入電流值來(lái)測(cè)量并提供所需要的4~20mA范圍內(nèi)的電流。

　　4~20mA電流環(huán)路是在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)送傳感器信息的一種基本方法。傳感器是一種用來(lái)測(cè)量溫度、壓力、速度和流體流動(dòng)等物理參數(shù)的器件。大多數(shù)過(guò)程自動(dòng)化傳感器使用4~20mA的電流環(huán)路接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。這種接口一般用于通過(guò)電流環(huán)路向遠(yuǎn)端站點(diǎn)發(fā)送傳感器值（見(jiàn)圖1）。

　　圖1：電流環(huán)路系統(tǒng)縱覽

　　如果將電壓值用于發(fā)送過(guò)程，那么隨著載體阻抗和距離的遞增，電壓會(huì)下降。為了防止出現(xiàn)這種負(fù)面效應(yīng)，業(yè)界對(duì)4~20mA電流環(huán)路進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。

　　業(yè)界有許多系統(tǒng)遵循4~20mA電流環(huán)路標(biāo)準(zhǔn)。4~20mA電流環(huán)路校準(zhǔn)器就是用于測(cè)試和校準(zhǔn)這些系統(tǒng)。4~20mA電流環(huán)路是這樣設(shè)計(jì)的：當(dāng)傳感器接收到最小值時(shí)，環(huán)路電流是4mA；當(dāng)傳感器達(dá)到最大值時(shí)，環(huán)路電流變成20mA。因此4mA被認(rèn)為是起點(diǎn)（0%讀數(shù)），20mA是滿刻度讀數(shù)（100%）。在這種條件下，0mA值被解釋為通信中斷。也就是說(shuō)，0至4mA范圍被稱為零或偏移量，4至20mA范圍被稱為發(fā)送器的正常覆蓋范圍。

　　4~20mA電流環(huán)路電路由4部分組成，分別是傳感器/轉(zhuǎn)換器、發(fā)送器、接收器和電流源，見(jiàn)圖2。傳感器或換能器測(cè)量物理參數(shù)幅度，并轉(zhuǎn)換為電壓。發(fā)送器將來(lái)自傳感器的電壓信息轉(zhuǎn)換為4~20mA電流值。接收器在收到4~20mA電流值后將它轉(zhuǎn)換回電壓，并發(fā)送給過(guò)程控制器或指示器。電流源也提供電流環(huán)路。每個(gè)環(huán)路中至少有一個(gè)接收器，它可以是一個(gè)指示器（一臺(tái)儀表或一個(gè)數(shù)字顯示器）、一個(gè)圖表記錄器、一個(gè)RTU或PLC輸入電路、閥門致動(dòng)器等。

　　FIGURE 2. The Fluke 707 loop calibrator sells for around $700 to $800.

　　4~20mA電流環(huán)路有許多優(yōu)點(diǎn)，比如：受噪聲影響較小，能夠?qū)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>信號(hào)發(fā)送給距離較遠(yuǎn)的設(shè)備，信號(hào)僅受限于電流源，因此不存在信號(hào)丟失，也能夠控制斷線。由于電流環(huán)路的最低值是4mA，因此信號(hào)傳輸線斷開(kāi)被認(rèn)為是0mA。

　　在設(shè)計(jì)和測(cè)試帶傳感器的工業(yè)設(shè)備時(shí)，我們可以使用電流環(huán)路校準(zhǔn)器并依據(jù)傳感器可能有的值來(lái)觀察系統(tǒng)行為。