4-20毫安变送器
因为它们已经存在了很长时间，每个人都已经知道所有关于4-20 mA变送器以及如何安装它们的知识。但是，如果我们对选择和安装4-20毫安的发射机了解得这么多，为什么同样的问题还会不断出现呢?诸如:发射机分类了解两线，三线和四线设备之间的差异将有助于澄清几个…
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因为它们已经存在了很长时间，每个人都已经知道所有关于4-20 mA变送器以及如何安装它们的知识。但是，如果我们对选择和安装4-20毫安的发射机了解得这么多，为什么同样的问题还会不断出现呢?这样的问题:
“两线、三线和四线发射机有什么区别?”
“在同一控制系统中混合使用两线和四线变送器会出现问题吗?”
“何时以及为什么需要线路隔离器?”
“什么时候以及为什么要使用内在安全屏障?”
“如果在同一装置中有隔离器、固有屏障和HART发射机，会发生什么?”
我个人最喜欢的问题是，“为什么过程变量不能达到100%?”
传感器的分类
了解两线、三线和四线设备之间的差异将有助于澄清几个问题。
ANSI/ISA-S50.1-1982 (R-1992)标准电子工业过程仪表模拟信号的兼容性已建立的发射机类型分类是提供电源和输出电路所需的电线数量(2、3或4)(见发射机类型)。(不包括屏蔽和输入电路接线)
四线制(4型)变送器使用两根导线为变送器供电，两根导线提供4-20 mA输出信号，通常不用于传统的压力，温度或液位测量。
例如，磁性流量计通常包括一个传感元件和一个单独的外壳，其中包含一个电源和其他需要单独电源的电子元件。由于距离限制，电子外壳安装在传感器附近。这导致了四线制安装，其中两根电线提供电力，两根电线将输出信号传输到接收设备，如分布式控制系统、可编程控制系统、数据采集系统、记录仪或指示器。
植物拓扑结构经常将发射器放置在离接收器很远的地方，与接收器相连。当使用四线制发射机时，发射机的电源可以与接收设备的电源不同。除非在电气系统之间采取仔细的维护隔离，否则会形成接地回路，在最坏的情况下会引入不安全的条件，而在最小的情况下会产生电气“噪音”。(就像只有当水泵启动时，你才会听到立体声扬声器发出的“嗡嗡声”。)
电气接地回路可能以两种方式发生:当同一系统中的组件从不同接地的不同来源接收电力时，或者当两个连接的设备之间的接地电位不相同时。接地的电位差会在相互连接的线路中产生电流。接收器将所有输入电流视为相同，从而产生错误的读数。
在四线制发射机电路中防止接地回路可以像为接收设备指定隔离输入通道一样简单(参见隔离输入)。接收机隔离的输入可以是物理上不同的输入卡和端子，或者使用特定的端子组合。当接收器没有隔离输入通道时，应使用单独的线路隔离器。
无论如何实现，在四线制发射器和接收器之间提供电气隔离是一种良好的做法。ISA的S50.01标准规定，“在任何情况下，输出接地的发射器都不应连接到接地的接收器。它们需要环路中的隔离器或浮动接收器系统。”
双线制(2型)变送器包含改变电流流量的电路，但需要外部励磁电源。
三线制(3型)变送器需要与双线制变送器相同的设计和安装考虑因素。
本质安全
本质安全(IS)涉及电子电路的设计，使电路在任何元件故障、设计缺陷或操作和维护故障的组合下都不能释放足够的能量来点燃周围大气中的有害物质。
本质安全装置可以通过固有的系统设计、选择单独批准的设备(也称为实体方法)或使用屏障来实现。
固有设计的装置要求系统中的每个设备都单独设计，以限制现场能量水平，而不考虑故障或其他操作条件。如果实现得当，这种方法可以提供极高程度的保护。然而，开放式控制系统引入的系统审批挑战超出了大多数过程控制工程师愿意接受的范围。
实体批准方法允许屏障和现场设备单独进行测试和批准。使用分配给每个设备的安全参数，用户可以选择来自不同制造商的IS批准设备的混合物，而无需额外的IS批准。
使用屏障来实现本质安全是最常见的解决方案，涉及在安全区域和危险区域之间的信号布线中放置安全屏障。屏障可采用主动(电隔离)或被动设计(见本质安全屏障)。有源屏障结合变压器和光隔离器或继电器形成隔离安全屏障。无源屏障使用电阻和二极管形成安全屏障。固有屏障的设计是为了限制在易燃或易爆环境的燃点以下进入危险区域的电流和电压。根据几种标准，包括屏障设计，电源和区域分类，可能有必要在两条电线中安装安全屏障。然而，大多数直流电路可以安全地在一点接地而不影响电源的工作。如果其中一根电线可以连接到指定的IS地，则无需在该电线上安装屏障。指定IS地需要特别考虑，包括防止将接地回路引入电路。
在许多工业和世界地区，使用经批准的本质安全技术来保护危险大气仍然是可选的;防爆是另一种选择。
本质安全装置的好处包括:
所有设备都是可接近的-没有测试气体，或防爆外壳打开;
低压运行，确保人员安全;和
标准布线技术在开放式电缆托盘或光管节省初始安装材料和人工成本。
HART和4-20 mA
HART(高速公路可寻址远程传感器)协议利用Bell 202频移键控(FSK)标准将低水平数字信号叠加在4-20 mA电路上，使发射器和接收器之间的通信不仅仅是过程变量，还能提供更多信息。
哈特的协议命令集分为三组。通用命令由所有HART设备实现，并在不同制造商的产品之间提供互操作性。通用命令包括:制造商和设备类型;主要变量和单位;电流输出和量程百分比;四个预定义的动态变量;8个字符的标签，16个字符的描述符和日期;还有更多。
哈特的常用命令集用于许多HART现场设备，但不是全部，并包括以下功能:可写发射机范围;能够设定零和跨度;执行自检;和更多。特定于设备的命令是第三组，并且对特定的现场设备是唯一的。特定于设备的命令集功能包括:启动、停止或清除累加器;选择主变量;PID设定值和参数调整操作。
在本质安全装置中使用HART发射机需要特殊的隔离(有源)固有屏障，能够传递数字FSK数据，同时保持4-20 mA电路的安全性。
驱动电路
不提供方向盘，但对电力的需求是实现稳健的4-20毫安安装的关键。功率不足的4- 20ma电路的症状是发射器无法产生100%的输出读数。根据变量的使用方式，接收器无法获得100%的发送器值可能会造成从纯粹的麻烦到不安全的情况。
了解不同变送器的电气响应是设计、安装和维护4-20 mA回路的关键，该回路具有足够的功率，可以在整个可变范围内运行。
建立发射机互操作性是ISA S50.01标准委员会的主要目标。除了前面讨论的变送器类型分类外，S50.01还建立了类别后缀(H、L和U)，以根据其电源电压来识别变送器的负载抵抗能力(见表)。结合类型和等级分类，来自一个制造商的type - 2l变送器可以替换来自另一个制造商的变送器，而无需改变电路中的其他设备。
为了避免安装功率不足的4- 20ma电路，以及后来的问题“为什么我的过程变量从未达到100%?”，必须考虑每个器件的压降贡献(见图4)。同样，任何添加到电路中的新器件，例如将盲变送器替换为包含本地读出的变送器，都应该进行审查，以确保电路的完整性。
模拟(4-20 mA)发射机已经存在很长时间了，大多数都运行良好。现场总线技术承诺提供前所未有的流程信息，但数字现场总线要完全取代4- 20ma可能还需要至少20年时间。与此同时，提供关键测量的变送器应该定期检查电源、接地、隔离和保护元件，这些元件可能会揭示不必要的测量问题的来源。
欲了解更多信息，请访问ISA网站www.isa.org/standards/index.html。
有关ANSI标准的更多信息，请访问www.ansi.org/public/std-info.html。
发射机类别后缀分类
| H | l | U | |
| 资料来源:ANSI/ISA-S50.01-1982 (R-1992) | |||
| 负载电阻(欧姆) | 300 | 800 | 300 - 800 |
| 最小供电电压 | 23v dc | 32.7 V d | 23 ~ 32.7 V直流 |
4-20 mA术语列表
2型发射机要求两根导线同时携带励磁功率和输出信号。
3型发射机需要三根导线同时携带励磁功率和输出信号。
4型发射机需要四根电线。两根导线用于激励电源，两根导线用于输出信号。
双线式发射机-见类型2。
三线发射器—参见类型3。
四线发射器—参见类型4。
单端信号传送器—请参见类型2或类型3。
自供电的发射器—参见类型4。
Nonisolated发射器2型或3型用于非接地电路。
功率隔离发射机是4型，用于不接地电路。
Input-isolated发射器是2型或3型用于接地电路。
全隔离发射机是4型，用于接地电路。
把电阻是精密电阻，通常是250欧姆
电阻范围-参见下降电阻。
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