4-20mA电流环原理
4-20mA电流环是工业自动化领域最成熟的模拟信号传输标准之一。它利用电流信号在长距离传输中不受线路电阻影响、抗干扰能力强的特性，将传感器检测的物理量（温度、压力、流量、液位等）线性映射为4-20mA的电流值，通过一对或两对导线传送至PLC、DCS或采集模块。
核心优势：电流信号在闭合回路中处处相等，线路压降不影响信号精度；4mA“活零点”可区分信号零位与断线故障（0mA）。
2.1 4-20mA信号标准
4-20mA标准由国际电工委员会（IEC）和现场总线基金会（Fieldbus Foundation）等组织定义，是工业传感器与控制系统之间的主流模拟接口。
| 参数 | 数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 信号范围 | 4 mA – 20 mA | 线性对应传感器量程的 0% – 100% |
| 活零点 | 4 mA | 代表零位，同时为回路供电提供能量 |
| 满量程 | 20 mA | 代表满量程，最大信号电流 |
| 故障检测 | < 3.6 mA 或 > 21 mA | 用于指示传感器故障或线路断线 |
| 回路电压 | 12 V – 36 V DC | 典型值为 24 V DC |
| 负载电阻 | 250 Ω – 750 Ω | 取决于供电电压和采集模块输入阻抗 |
调试要点：使用万用表测量回路电流时，需将万用表串联在回路中；若测量电压，则应在负载电阻两端并联测量，再通过欧姆定律换算为电流。
2.2 两线制/三线制/四线制接线方式
根据传感器是否需要外部供电以及信号线与电源线的共用方式，4-20mA传感器分为两线制、三线制和四线制三种典型接线方式。
两线制（2-Wire）
信号线与电源线共用一对导线。传感器从4-20mA回路中“窃取”工作电流，回路供电电压通过这对导线同时为传感器供电并传输信号。这是最经济、最常用的接线方式，尤其适用于远程或分布式安装场景。
三线制（3-Wire）
使用三根导线：一根电源正线（V+）、一根信号正线（Iout）、一根公共地线（GND）。传感器需要独立供电，但信号与电源共用地线。三线制在提供稳定供电的同时，保持了信号传输的独立性，适用于功耗较高或对供电稳定性要求严格的传感器。
四线制（4-Wire）
使用四根导线：两根电源线（V+、GND）和两根信号线（Iout+、Iout-）。电源与信号完全隔离，互不干扰。四线制通常用于高精度、高功耗或需要电气隔离的传感器，如分析仪表、气体检测仪等。