在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域，使用4-20mA信號傳遞模擬量的原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

4-20mA信號標(biāo)準(zhǔn)的起源可以追溯到20世紀(jì)中葉，當(dāng)時工業(yè)自動化和過程控制系統(tǒng)迅速發(fā)展。

為了滿足在各種工業(yè)環(huán)境中高效、安全、可靠地傳遞模擬信號的需求，工程師們決定采用電流信號作為傳輸媒介。

早期的信號傳輸通常使用0-10V的電壓信號，但在長距離傳輸中，由于電纜電阻造成的電壓降問題，容易引發(fā)測量誤差。

為了克服這一挑戰(zhàn)，工程師們提出了使用電流信號的概念，特別是4-20mA電流信號。

這一標(biāo)準(zhǔn)的選擇不僅確保了信號的穩(wěn)定性和精度，還能夠提供良好的抗干擾能力。

由于電流信號不受電纜長度影響，且其變化范圍從4mA到20mA的設(shè)計，使得系統(tǒng)能夠在零流量或故障時識別出異常狀態(tài)。

因此，4-20mA迅速成為了工業(yè)界的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并被廣泛應(yīng)用于各種傳感器和測量設(shè)備中（Smith, 2018）。

傳輸精度：在長距離信號傳輸過程中，由于連接電纜的電阻較大，采用電壓源信號時，電纜電阻與接收設(shè)備輸入阻抗之間的電壓分配會導(dǎo)致顯著的測量誤差。

然而，使用恒定電流源信號進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸時，只要回路中沒有分支，電流將不會因電纜長度的變化而變化，這樣可以有效保證信號傳輸?shù)木龋˙abaei, 2016）。

抗干擾能力強(qiáng)：與電壓信號相比，電流信號在抗干擾方面表現(xiàn)更優(yōu)。

在工業(yè)環(huán)境中，噪聲電壓可能非常高，但其功率相對較低，因此噪聲電流通常較小，這對4-20mA信號的傳輸造成的影響微乎其微。

此外，由于電流源的內(nèi)阻接近無窮大，回路中的導(dǎo)線電阻不會顯著影響信號的精度（Dhanaraj, 2018）。

安全性：在防爆環(huán)境中，20mA的電流通斷所產(chǎn)生的火花能量不足以引燃可燃?xì)怏w，因此該標(biāo)準(zhǔn)在危險場合中具有良好的安全性（Zhang et al., 2020）。

便于診斷與調(diào)試：4-20mA信號具有較高的穩(wěn)定性，使得在發(fā)生傳輸故障時，用戶可以通過檢測電流回路快速定位故障原因。

此外，4mA的起始電流被視為變送器的靜態(tài)工作電流，這一“活零點(diǎn)”有助于識別如斷電和斷線等故障情況（Sinha, 2017）。

長距離傳輸：4-20mA信號可以有效傳輸數(shù)百米甚至上千米，滿足工業(yè)現(xiàn)場長距離傳輸?shù)男枨螅↙i      et al., 2019）。

高標(biāo)準(zhǔn)化程度：4-20mA信號為一種標(biāo)準(zhǔn)化信號，具有良好的設(shè)備兼容性，便于不同設(shè)備間的集成與聯(lián)動。

節(jié)省材料和成本：電流信號一般采用兩線制傳輸，而電壓信號可能需要三線制或四線制，采用兩線制有助于降低材料成本和設(shè)備復(fù)雜度（Sharma, 2020）。

0mA電流狀態(tài)：當(dāng)模擬量電流信號為0mA時，通常會被判斷為線路斷開，且在2mA以下也會視為斷開狀態(tài)，便于故障識別。

為什么選擇4mA而非其他數(shù)值：最早在測量溫度、壓力、液位和流量時使用的機(jī)械儀表，其最低精度值對應(yīng)于4mA，因此選擇這一標(biāo)準(zhǔn)而非0mA（Smith, 2018）。

電路中串聯(lián)250Ω電阻：在4-20mA電路中串聯(lián)一個固定電阻可用于實(shí)現(xiàn)1-5V的模數(shù)轉(zhuǎn)換，提升系統(tǒng)的適用性和靈活性。

綜上所述，模擬量使用4-20mA傳遞信號在工業(yè)自動化及過程控制領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢，這些優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計和實(shí)施4-20mA信號傳輸系統(tǒng)時，需同時考慮電源供電、信號隔離及信號轉(zhuǎn)換等因素，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

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