duża liczba czujników, które przyjmują i tłumaczą dane ze świata rzeczywistego na sygnały elektryczne, to czujniki analogowe, a jeśli są wymienione jako czujniki cyfrowe, to dlatego, że mają zintegrowane Konwertery analogowo-cyfrowe. Tradycyjnie, czujniki przewodowe zmieniały prąd elektryczny w odpowiedzi na warunki otoczenia. Czujniki wahają się od znanych przykładów, takich jak fotodiody i fotopowielacze, które wytwarzają prąd pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego, do zanurzeniowych przetworników ciśnienia, które są używane do pomiaru poziomu cieczy. Standardowy sygnał prądowy stosowany obecnie w czujnikach przemysłowych lub środowiskowych, zwykle podłączony do programowalnych sterowników logicznych (Plc), wynosi 4-20mA, przy czym 4mA oznacza zero procent (0%) wartości zmierzonej, a 20mA oznacza 100 procent (100%) wartości zmierzonej.
inne zakresy prądu były historycznie używane dla nadajników Pętli Prądowej, ale mają one wspólny stosunek 1:5 W mA lub 20% odchylenia. Na przykład przed tranzystorem powszechne były pętle prądowe 10-50 mA. Zastosowano „live zero” o mocy 10 mA, ponieważ było to najniższe urządzenie, przy którym mogły pracować instrumenty oparte na wzmacniaczach magnetycznych, a do utrzymania proporcji 1:5 użyto 50 mA. (Live zero jest mierzone jako wejście zerowe, mimo że rzeczywisty sygnał wynosi 4mA, a nie 0mA. Martwe zero to 0mA, w którym to momencie masz otwarty obwód.), Gdy Tranzystory weszły do szerokiego zastosowania, niezawodnie działały przy (wtedy) niskiej wartości 4mA, więc standard branżowy przesunął się do 4 – 20mA (zachowując stosunek 1:5 mA). Standard dla 4 – 20mA (ISA SP50) został pierwotnie opublikowany w 1966 roku.
sygnały prądowe są często używane w czujnikach, ponieważ odpowiedź prądowa jest zwykle bardziej liniowa niż odpowiedź napięciowa. Sygnały prądowe również zazwyczaj zapewniają niską impedancję czujników, z korzyścią dla lepszej odporności na hałas. Jednym z praktycznych aspektów jest to, że sygnały prądowe mogą rozciągać się znacznie dalej niż sygnały napięciowe, umożliwiając solidne długości przewodów sygnałowych do 1000 metrów.
napięcia zasilania stosowane z pętlami DC 4-20 mA różnią się (9, 12, 24 VDC itp.) w zależności od zastosowania. Jednak zasilacz musi mieć o 10% większy potencjał niż spadek napięcia połączonych elementów w obwodzie (tj. nadajnika, odbiornika i przewodu). Większość pętli 4-20mA wykorzystuje dwa przewody, ale istnieją również konfiguracje trzy – i czteroprzewodowe, które oddzielają zasilanie dodatnie od połączenia wyjściowego. Elementy pętli 4-20mA obejmują 1) Czujnik, 2) Nadajnik, 3) Źródło zasilania, 4) obwód/pętla (tj. okablowanie) i 5) Odbiornik.
istnieją plusy i minusy używania Pętli Prądowej 4-20mA. Plusy są takie, że Pętla Prądowa 4-20 mA jest dominującym standardem branżowym, jest lepsza na duże odległości, jest najprostsza do podłączenia i konfiguracji, zużywa mniej okablowania niż podobne systemy i jest bardzo łatwa do rozwiązania w przypadku typowych problemów, takich jak uszkodzone przewody. Wadą stosowania 4-20mA dla aktywnej pętli wejściowej czujnika jest to, że pętle prądowe mogą przesyłać tylko jeden sygnał procesowy, co wymaga wielu pętli, gdy istnieje wiele zmiennych procesowych, które muszą zostać przesłane. Ponadto użycie wielu pętli może prowadzić do problemów z pętlami uziemiającymi, jeśli poszczególne pętle nie są izolowane.
kolejną zaletą pętli prądowych 4-20mA jest bezpieczeństwo. Nawet jeśli zasilacz ma napięcie 24 V, szok nie stanowi zagrożenia, ponieważ prąd jest niski (P = VI). Ponadto Pętla Prądowa 4-20mA jest iskrobezpieczna w obszarach niebezpiecznych, które mogą zawierać niebezpieczne poziomy pyłu lub pary, ponieważ niski pobór mocy nie powoduje spalania, jeśli występują normalne warunki pracy lub usterki.
oczywiście, jeśli Korzystanie z czujników bezprzewodowych będzie nadal rosło, odległość pętli wejściowej 4 – 20mA wynosząca 1000 metrów nie będzie tak imponująca, jak w latach 60. Jednak staromodna pętla czujnika 4-20mA jest z natury odporna na włamania przez internet i zawsze będzie bardziej niezawodna pod względem wydajności w czasie rzeczywistym niż czujniki bezprzewodowe.