4-20mA是什么？
4-20mA，指的就是最小电流为4mA，最大电流为20mA 。
在工业现场，要完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：
第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；
第二，传输线的分布电阻会产生电压降；
第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们会用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。4-20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
肯定有很多朋友会问：为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？很简单，如果0是最小，那么开路故障就检测不到了！
那么，为什么偏偏是4mA呢？正常工作时，电流信号不会低于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。有两个原因。一个原因是为了避免干扰，另一个原因是在4-20mA使用的是两线制，即两根线即是信号线，同时也是电源线，而4mA是为了给传感器提供电路的静态工作电流用。
这个4-20mA控制回路是怎么工作的呢？
4-20mA构成基础要件：
24V电源供电
变送器控制4-20mA信号使其与过程变量成比例变化
指示器将4-20mA信号转化为相应过程变量
指示器或控制器I/O输入电阻250Ω分流器生成1-5V输入信号（欧姆定律：电压=电流*电阻，4-20 mA X 250 ohms = 1-5V）
通常情况下：
1)它们将热电偶或热电阻传感器的温度信号转换为4-20mA信号然后再输出；
2)控制器再将4-20mA反译为具体的温度值；
3)基于此温度值，控制回路给实现对过程终端控制元件的控制。
同样，控制回路中的压力变送器，通常用来测量过程介质的压力值：
1)传感器感知压力，又由变送器将信号转换为4-20mA信号；
2)控制器再将4-20mA信号反译为压力值；
3)控制器根据压力值，给阀门发送指令，控制阀门开度实现安全阀控制，确保容器不产生危险压力。
常见故障、原因与排查步骤
接线和端子的问题：坏的终端，绝缘问题，线路的腐蚀及污染等；
回路电源：噪音干扰、过压等问题都可能导致回路工作的不正常；
控制系统I/O卡件故障；
变送器；
传感器：元件的损坏、测量通道的阻塞。
1. 验证4-20mA信号
用串联法或用毫安电流钳表测量4-20毫安信号：
1)验证电源供电
2)查找线路问题
3)查找I/O问题
4)查找有问题的接线终端
故障排查步骤：
1)测量回路中的毫安数值，如果测量到了0mA，那么继续深入排障；
2)如果控制器没有指示显示，可能是I/O输入的保险丝熔断，回路出现开路故障。
2.控制器I/O问题排障：4-20mA回路排障(替代测试)
变送器替代测试是非常好的I/O故障分析方法，即使用测试设备输出一个标准信号来核对控制的输出。
故障排查步骤：
1)断开变送器连接，将回路校准器或过程表连接在原变送器位置；
2)设置毫安模拟，并设置范围在4-20毫安；
3)验证指示器的正确数值，在同一测试中完成对线路、电源供电和I/O的测试；
4)如果控制器没有指示显示，可能是I/O输入的保险丝熔断，回路出现开路故障。可通过测量在250Ω输入来进行验证。
3.电源供电问题排查
使用回路校验仪或多用表，测量回路供电电压。
故障排查步骤：
1)测量电源供电，应该在近似24V。
2)如果测量结果是不确定的，就进行替代测试。
a. 断开装置回路电源
b.将回路校准器或过程表的24V回路供电端连接在这个位置
c.如果此时问题得到解决，那么装置的回路电源可能有缺陷或者存在过载
4.线路噪声排障
线路噪声产生的原因绝缘性能差、电缆屏蔽故障、接地回路故障、临界电源供电、布线错误等。
噪声信号的捕捉和确认可以通过带万用表功能的过程多用表，或者万用表、手持式示波表等设备来查找系统中是否存在交流信号。
在正常情况下，系统中应该只有少量的mV级的交流电压存在。
两线制4-20mA电流信号能传多远呢？
4-20mA电流环是可以分为两线制和三线制的，今天先不说那么多其他内容了，下面请大家跟小编一起计算一下吧。
1.干扰因素
①与激励电压高低有关；
②与变送器允许的最小工作电压有关；
③与板卡设备采集电流用的取压电阻大小有关；
④与导线电阻的大小有关。
通过这四项有关量，可以计算出4-20mA电流信号的理论传输距离。
2.要使4-20mA信号无损失在两线回路里传输，必须满足欧姆定律。
即：
（激励电压－变送器允许的最小工作电压）≥输出电流×电流环路总电阻
当输出电流I=20mA，即0.02A时，上式取等号，
则：
电流环路总电阻=（激励电压－变送器允许的最小工作电压）÷0.02，将这个计算值记作r，
即r=（激励电压－变送器允许的最小工作电压）×50，单位Ω。
这个r，业界称之为电流信号的负载电阻，也就是电流信号的最大带载能力。
3.为什么要特意给出这个r的计算式呢？
4-20mA电流信号能传多远，实质是实际电阻与r比大小的问题。
当环路实际总电阻＞r时，就算传输距离为0，变送器也是没办法输出20mA电流的；
当环路实际总电阻=r时，变送器输出20mA电流，传输距离只能为0米（超导除外）；
当环路实际总电阻＜r时，变送器输出20mA电流，才能在环路中有效传输若干米。
①由于板卡采集电流用的取压电阻为定值，故导线电阻大小，决定着传输距离的长短；
②导线电阻越小，信号传输的距离越远；
③导线若是超导，电阻≈0，那电流传到美国去也不是事，传到火星去也没问题。
综上所述，电流环路的总电阻R，必须满足R≤r，否则4～20mA信号，无法正常传输。
4.电流环路的总电阻R，由板卡设备上采集电流信号的取压电阻R1，和导线电阻R2组成。
取压电阻R1，多见250Ω、150Ω、100Ω、50Ω，而今流行100Ω-40Ω等小电阻取压。
导线电阻R2＝电导率×导线总长度÷导线横截面积=单位长度电阻×导线总长度＝单位长度电阻×传输距离×2
5.编个小题算一算
4~20mA电流信号的理论传输距离L（单位千米），A采用2.5平方毫米双绞线，每1000米的电阻=7.5Ω，用此导线传输信号A自研自造的SC322无零漂压力变送器，最小允许激励电压=10VDC，DCS板卡上采集电流用的取压电阻R1=100Ω，DCS板卡上的供电电压＝24VDC，电流信号的最大传输距离距离为多少？
计算如下：
①先计算变送器的负载电阻r，r=(24-10)×50=700Ω
②再写出环路总电阻R的算式：
R=R1+R2=100+7.5×L×2=100+15L 单位Ω
③由于有R≤r，即（100+15L）≤700
计算得：L≤40千米，即最大传输距离为40000米。