为什么在社会场景中采用4-20毫安电流传输模拟量信号常用的现场总线技术有哪些
我可能会非常熟悉RS232、RS485和CAN等工业上常用的总线，他们都是传输数字信号的方式。那么，我们用什么方式来传输模拟信号呢？在工业中，测量各类非电物理量，如温度、压力、速度和角度，这些都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。工业中最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。采用这种方法的原因是它不容易受干扰，因为工业现场的噪声电压可能达到数V，但是噪声功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4-20mA传输带来的误差非常小；此外，电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不会影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米；由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0-5V的电压，有利于低输入阻抗接收器，其好处是nA级别的输入電流噪聲只會產生非常微弱的電壓噪聲。
选择20mA作为上限取决于防爆要求：20mA以下能量不足以引燃瓦斯。而没有选择0mA作为下限，是为了能够检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。当前送器将物理量转换成4~20mA输出，一定要有外部供给其能源。
最典型的是变送器需要两根供给能源之線，加上兩根輸出電流量之線，即共四根線，這稱為四線制變送器。但是，可以將供給能源與輸出共享一條線（公用VCC或者GND），這樣可節省一條線，所以現在基本上的四線制變送器被稱為三線制變送器。在某種情況下，這個輸出電流量本身即足夠提供給變送器所需之能源，因此這種變送器僅需連接兩根直通，而被稱為二行制変換機。我們注意到工業標準對於最大負載限制了從4毫安開始至20毫安終止，以確保高效率且良好的性能。此範圍內，用24伏特和4毫安來運行時，它們能夠保持最佳效率並實現長時間運行而不過熱。如果我們想將一個無法使用交流驅動者來發揮其功能的小型感應裝置或傳感元件直接插入一個系統，我們就需要設計一個VI轉換機以處理此類問題。在大多數情況下，我們可以使用LM358運算放大器，並通過適當選擇組件來構建一個簡單但有效的地轉換機，使得我們能夠從0至3.3伏特範圍中的任意點獲得相應於該輸入值之一的一系列離散測試點或連續輸出的定義範圍內的一系列連續測試點。此外，由於我們已經知道如何進行精確地設定每個測試點，以及如何計算所有必要數據，我相信這是一項技術挑戰，但也是一項具有創造性的項目，因為它涉及到了硬件工程師與軟件工程師合作，並解決了一些技術難題。在完成後，它將允許任何人輕鬆地監控系統狀態並進行調整，不論是在實驗室環境還是在野外環境中。我認為這是一項重要而有趣的人類智慧實踐項目，因為它既展示了我對新技術挑戰以及他們潛力的探索，也展現了我克服困難並創造價值的手段。
