使用万用表测试4~20mA电流环路

在现代工业自动化系统中，4~20mA电流环路是一种常见的信号传输方式，例如水泥厂、钢铁厂、化工厂这种场景中有很多传感器使用4~20mA电流信号，用于传输模拟量信号（如温度、压力、液位等）。

图1  控制环路中的温度变送器和压力变送器

一、为什么采用4~20mA电流传输模拟量？

抗干扰能力强：4~20mA电流信号相对于电压信号来说，在长距离传输时更不容易受到干扰的影响。它可以通过较小的线缆电阻降低电流损失，并且对电磁干扰、噪声等具有较高的抵抗能力。

安全性高：由于4~20mA电流回路是一个闭合回路，即使在电缆中发生断路，仍然可以通过检测到低于4mA或高于20mA的电流来诊断故障。这种特性使其在安全监控和防止错误状态下的控制非常有效。

低功耗：相比于其他传输方式，4~20mA电流传输所需的功率较低。这对于远程传输和分布式控制系统非常有利，能够减少能源消耗。

兼容性强：4~20mA电流信号是一种标准化的工业信号，可以与许多不同类型的传感器和控制设备兼容。这使得系统的集成和互操作性更加简单可靠。

二、4~20mA控制回路的工作原理

在4~20mA控制回路中，电流大小表示被测量变量（如温度、压力等）的值。通常情况下，4mA对应于被测量变量的最小值，20mA对应于最大值。为了实现4~20mA控制回路，通常需要以下组件：

1、传感器：用于测量被控参数，并将其转换为电流信号。

2、控制器/变送器：接收传感器提供的信号，并将其转换为4~20mA电流输出。

3、负载：接收控制器输出的电流信号，并根据信号的大小来执行相应的操作，如阀门控制、报警触发等。

在正常工作状态下，控制器会通过调节电流的大小来控制负载的行为。较低的电流值表示较低的被测量变量值，而较高的电流值表示较高的被测量变量值。

图2 4~20mA控制回路模型

三、为什么使用万用表测试4~20mA回路

1、多功能性：万用表通常具有多种测量模式和功能，包括电流、电压、电阻等。因此，一台万用表就可以满足多种测量需求，提供更大的灵活性。

2、直接读取：万用表可以直接读取电流值，像OI857II/OI859CFII高精度手持万用表除了以mA显示电流值外还可以百分比的方式显示，这样用户无需进行额外的计算或转换，这样很容易判4~20mA的问题，便于现场调整和校正。

图3 OI857II/OI859CFII以百分比显示环路电流

3、精确度：万用表通常具有较高的精确度和稳定性，可以提供准确的测量结果。这对于工业环境中对测量值的精确性要求较高的应用非常重要。

4、快速响应：万用表的测量速度通常很快，可以迅速对变化的电流进行监测和测量。这使得万用表成为及时检测和故障排查的理想工具。

5、轻便易用：万用表通常具有简单易用的界面和操作方式，用户可以快速上手并进行测量。其便携性也使得在现场测试时更加方便。

6、故障排查：当系统发生故障时，使用万用表测试4~20mA电流可以帮助确定故障的位置。通过逐个测量环路中的不同部分，可以找到导致电流异常的原因，并进行修复。

7、兼容性：万用表通常适用于各种不同类型的4~20mA电流回路，包括不同厂家的传感器和控制设备。这种兼容性使得万用表成为广泛应用于工业自动化系统的标准工具。

8、可靠性和耐用性：好品质的万用表具有良好的可靠性和耐用性，可以在恶劣的工作环境中长时间使用。这确保了万用表在各种条件下都能正常工作。

综上所述，使用万用表测试4~20mA电流具有多功能性、直接读取、精确度高、快速响应、轻便易用、故障排查能力强、兼容性好以及可靠性和耐用性等优势。这使得万用表成为工业领域中广泛使用的电流测量工具。

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