4-20 mA传感器技术演进与智能通信解析

来源：中芯巨能：提供选型指导+样片测试+现货供应| 发布日期：2025-07-10 14:00:01 浏览量：

在工业自动化系统中，4-20 mA电流环因其抗干扰能力强、传输距离远等优势，长期以来被广泛应用于模拟信号传输场景。标准的4-20 mA系统通过电流表示传感器的测量范围，其中4 mA代表零点输出，20 mA对应满量程值。图1展示了一个典型的4-20 mA系统结构：传感器将物理量转化为电压信号，再由变送器转换为成比例电流，最终由远程接收端还原为电压进行处理。

图1

随着工业现场对精度和智能化要求的提升，传统模拟变送器逐渐被具备数字处理能力的“智能变送器”所取代（见图2）。现代智能变送器通常集成微控制器和ADC/DAC模块，可实现增益与偏移校正、非线性补偿、数字滤波等功能。这类设备通过软件算法对原始信号进行优化处理后，再以标准电流形式输出，从而显著提升测量精度与系统稳定性。

图2

为了应对异常工况，符合NAMUR NE43规范的智能仪表还支持超限报警功能。当检测到过程变量超出正常范围时，输出电流可自动调整至20.5 mA或3.9 mA以上，用于指示高/低越限状态。此外，在发生内部故障时（如传感器损坏或断线），系统可通过设置输出3.6 mA或21.0 mA来触发相应的故障安全机制。

近年来，4-20 mA模拟信号与数字通信协议的融合成为一大趋势。HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议作为主流解决方案之一，采用频移键控（FSK）方式在4-20 mA直流信号上叠加1200 Hz（逻辑1）和2200 Hz（逻辑0）的交流信号（见图3），实现模拟与数字信息并行传输。该技术无需额外布线即可完成参数配置、诊断数据读取等操作，极大提升了现场设备的可维护性。