ett stort antal sensorer som tar in och översätter data från den verkliga världen till elektriska signaler är analoga sensorer, och om de listas som digitala sensorer beror det på att de har integrerade analog-till-digital-omvandlare. Traditionellt har Trådbundna sensorer förändrat en elektrisk ström som svar på miljöförhållandena. Sensorer sträcker sig från kända exempel som fotodioder och fotomultiplikatorer som producerar ström när de utsätts för elektromagnetisk strålning, till nedsänkbara tryckgivare som används för att mäta vätskenivåer. Standardströmsignalen som används idag för industriella eller miljösensorer, vanligtvis kopplade till programmerbara logiska styrenheter (Plc) är 4-20mA, med 4mA som representerar noll procent (0%) av det uppmätta värdet och 20MA som representerar 100 procent (100%) av det uppmätta värdet.
andra strömområden har historiskt använts för strömslingsändare, men de har gemensamt ett förhållande på 1:5 i mA, eller en 20% bias. Till exempel före transistorn var 10-50 mA nuvarande slingor vanliga. En 10mA ”live zero” användes eftersom den var den lägsta vid vilken instrument baserade på magnetförstärkare kunde fungera och 50 mA användes för att upprätthålla förhållandet 1:5. (Live zero mäts som nollingång även om den faktiska signalen är 4mA, inte 0mA. En död noll skulle vara 0mA, vid vilken tidpunkt du har en öppen krets.) När transistorer kom i stor användning, skulle de på ett tillförlitligt sätt fungera vid ett (då) lågt värde på 4mA, så industristandarden skiftades till 4 – 20mA (bibehållande av 1:5 mA-förhållandet). Standarden för 4 – 20mA (Isa SP50) publicerades ursprungligen 1966.
strömsignaler används ofta i sensorer eftersom strömresponsen vanligtvis är mer linjär än spänningssvaret. Nuvarande signaler ger också vanligtvis en låg impedans för sensorer, med fördelen av bättre immunitet mot buller. En praktisk övervägning är att nuvarande signaler kan sträcka sig mycket längre än spänningssignaler, vilket möjliggör robusta signallängder på upp till 1000 meter.
Strömförsörjningsspänningar som används med 4-20 mA DC-slingor varierar (9, 12, 24 VDC, etc.) beroende på ansökan. Strömförsörjningen måste dock ha en 10% högre potential än spänningsfallet för de kombinerade komponenterna i kretsen (dvs. sändare, mottagare och tråd). De flesta 4 – 20mA-slingor använder två ledningar, men det finns också tre-och fyrtrådskonfigurationer som skiljer en positiv matning från utgångsanslutningen. Komponenterna i en 4-20mA-slinga inkluderar 1) en sensor, 2) en sändare, 3) en strömkälla, 4) en krets/slinga (dvs. ledningar) och 5) en mottagare.
det finns för-och nackdelar med att använda en 4-20mA strömslinga. Fördelarna är att 4-20 mA strömslingan är den dominerande industristandarden, är bättre för långa avstånd, är den enklaste att ansluta och konfigurera, använder mindre ledningar än liknande system och är mycket lätt att felsöka för vanliga problem som trasiga ledningar. Nackdelarna med att använda 4 – 20mA för en aktiv sensoringångsslinga är att strömslingor endast kan överföra en processignal, vilket kräver flera slingor när det finns många processvariabler som måste överföras. Vidare kan användning av flera slingor leda till problem med jordslingor om de enskilda slingorna inte är isolerade.
en annan fördel med 4-20mA nuvarande slingor är säkerhet. Även om strömförsörjningen är 24 volt är chock inte en fara eftersom strömmen är låg (P=VI). Dessutom är 4-20mA strömslingan i sig säker för farliga områden som kan innehålla farliga nivåer av damm eller ånga eftersom den låga strömförbrukningen inte orsakar förbränning om normala drift-eller felförhållanden är i spel.
naturligtvis, om användningen av trådlösa sensorer fortsätter att växa, kommer 4-20mA ingångsslingaavståndet på 1000 meter inte att vara lika imponerande som det var på 1960-talet. Den gammaldags 4-20mA-sensorslingan är emellertid i sig immun mot hacking via internet och kommer alltid att vara mer tillförlitlig för realtidsprestanda än trådlösa sensorer.