在現代工業控制系統中，4-20ma電流傳感器器仍然是現場控制中心和傳感器/執行器之間傳輸數據的最常用方法之一。這是因為它們易于使用、安裝和維護。電流傳感器輸出電流信號的歷史始于氣動信號用于控制執行機構并代表早期工業自動化場所的比例控制[1]。典型的壓力水平為3 PSI–15 PSI，其中3 PSI代表零刻度輸入/輸出，15 PSI代表滿刻度輸入/輸出。如果氣動管路破裂，壓力將降至0 PSI，這表示需要解決的故障狀況。一旦電子設備成為普通的氣動線路就被放大器、晶體管和其他分立電子元件產生的4-20毫安電流回路所取代。

你可能會問，“為什么要用電流環？“好吧，基爾霍爾定律指出電流在閉環中是恒定的。不管電流在回路中有多大的距離，電流都是恒定的。當然，這需要足夠的回路電壓來維持歐姆定律。與氣動系統類似，導線斷開或斷開會導致回路電流為0 mA，或必須解決的“零死”故障狀態。此外，電流回路往往相對容易保護免受電氣瞬變的損害，并且對射頻干擾（RFI）或電磁干擾（EMI）干擾具有固有的彈性[2]。

最常見的4-20 mA變送器類型為2線拓撲結構，或2線傳感器變送器（圖1）。

簡化的2線4-20毫安傳感器變送器，帶2線模擬輸入模塊

雙線傳感器變送器用于將物理參數從現場傳輸回模擬輸入模塊進行處理和控制。示例包括壓力、位置、溫度、液位、應變、負載、流量、成分/污染。顧名思義，這種發射機只有兩根電線。因此，傳感器從傳輸4-20毫安信號的同一兩根導線上接收電力，從而確定了雙線4-20毫安變送器的主要設計要求之一。傳感器、傳感器調節電路和4-20 mA傳輸電路消耗的工作電流必須小于4 mA，否則變送器無法輸出4 mA零刻度電平[3]。

請注意，VLOOP GND不是提供給2線傳感器變送器的兩個連接之一。因此，變送器必須建立本地接地（GND）或2線GND。當發射機輸出電流改變接收機回路（RTN）連接處的電壓時，2線GND必須相對于VLOOP GND上下浮動[3]。如果傳感器可以電連接到相對于VLOOP GND的電壓電位，則需要隔離。這種情況在熱電偶傳感器變送器中很常見，因為熱電偶通常與測量溫度的材料同時發生熱短路和電短路。

2線制變送器只有一種可能的隔離拓撲：輸入隔離2線制變送器（圖2）。輸入隔離2線變送器從回路電源產生局部隔離電源，該回路為傳感器、傳感器調節電路和隔離信方法供電。脈沖寬度調制（PWM）、單線或串行外設接口（SPI）信號的數字隔離是通過隔離柵向變送器輸出級傳輸數據的最常用方法。如前所述，2線傳感器變送器受到限制，主要是因為整個傳感器變送器的功耗必須小于4 mA。這就阻止了許多傳感器類型的使用，包括低電阻電橋（如100Ω、120Ω、350Ω），而不限制電橋電流，這會降低電橋的靈敏度和精度。3線傳感器-變送器拓撲結構（圖3）支持要求大于4 mA工作電流的傳感器-變送器設計。

三線傳感器變送器接收來自3線模擬輸入模塊的電源和接地連接，以支持傳感器和調節電路的電源要求。這使得傳感器功率在不影響傳感器輸出范圍的情況下盡可能高（同時保持歐姆定律）。這也使3線變送器能夠產生0-20毫安和0-24毫安輸出，這是其他常見的輸出電流范圍。也可使用三線傳感器變送器。