电流信号系统：4–20 mA 环路详解

电流源基础

利用电子放大器可设计电路，无论端电压如何，均输出恒定电流。此类组件统称电流源，原理图符号如下：

电流信号系统：4–20 mA 环路详解

电流源维持固定电流，自动调节电压以保持电流流过负载。这是理想电压源（完美电池）的对偶：理想电压源电压恒定，电流随外部电路变化。

电流信号系统：4–20 mA 环路详解

现代仪表常用可变电流源，实现高精度可复现信号电平。将变送器设计中的可变电压源替换为可变电流源，得基于电流而非电压的信号系统：

电流信号系统：4–20 mA 环路详解

变送器内部电路次于其外部行为：输出电流随浮子位置成比例变化，正如电压系统中电位器调节电压输出。

此配置中指示器为电流表而非电压表，刻度标定反映水位（英寸、英尺、米）。因环路为串联电路，电流在每个元件（含电缆电阻）中相同，确保指示器测得电流等于变送器产生电流。这消除了电压系统可能遭遇的信号退化，是电流环信号的主要优势。

行业标准电流环为 4–20 mA。此范围内，4 mA 代表 0%，20 mA 代表 100%，中间值线性对应（如 12 mA = 50%）。4–20 mA 标准一大优势是易于转换为 1–5 V 信号：串联精密 250 Ω 电阻，4 mA 时降 1 V，20 mA 时降 5 V，中间值成比例。

电流信号系统：4–20 mA 环路详解

4–20 mA 环因安全性成为模拟电流信号主导标准。较旧 10–50 mA 范围，更低电压电流降低危险环境触电与火花风险，符合 IEC/ISA 安全规范。

工业技术