4~20mA電流環路被廣泛用于工業自動化系統中的通信。本文討論了基于低成本微控制器的電流環路校準器的設計與實現，這些校準器主要用于測試和校準通過4~20mA電流環路標準通信的系統。

　　這次任務的目的是降低這些設備的成本，進而降低其銷售價格。所設計設備的電流源分辨率為0.001mA。它能以階梯或斜坡函數格式自動化地或通過數字鍵盤以人工方式輸入電流值來測量并提供所需要的4~20mA范圍內的電流。

　　4~20mA電流環路是在工業應用中發送傳感器信息的一種基本方法。傳感器是一種用來測量溫度、壓力、速度和流體流動等物理參數的器件。大多數過程自動化傳感器使用4~20mA的電流環路接口實現標準化。這種接口一般用于通過電流環路向遠端站點發送傳感器值（見圖1）。

　　圖1：電流環路系統縱覽

　　如果將電壓值用于發送過程，那么隨著載體阻抗和距離的遞增，電壓會下降。為了防止出現這種負面效應，業界對4~20mA電流環路進行了標準化。

　　業界有許多系統遵循4~20mA電流環路標準。4~20mA電流環路校準器就是用于測試和校準這些系統。4~20mA電流環路是這樣設計的：當傳感器接收到最小值時，環路電流是4mA；當傳感器達到最大值時，環路電流變成20mA。因此4mA被認為是起點（0%讀數），20mA是滿刻度讀數（100%）。在這種條件下，0mA值被解釋為通信中斷。也就是說，0至4mA范圍被稱為零或偏移量，4至20mA范圍被稱為發送器的正常覆蓋范圍。

　　4~20mA電流環路電路由4部分組成，分別是傳感器/轉換器、發送器、接收器和電流源，見圖2。傳感器或換能器測量物理參數幅度，并轉換為電壓。發送器將來自傳感器的電壓信息轉換為4~20mA電流值。接收器在收到4~20mA電流值后將它轉換回電壓，并發送給過程控制器或指示器。電流源也提供電流環路。每個環路中至少有一個接收器，它可以是一個指示器（一臺儀表或一個數字顯示器）、一個圖表記錄器、一個RTU或PLC輸入電路、閥門致動器等。

　　FIGURE 2. The Fluke 707 loop calibrator sells for around $700 to $800.

　　4~20mA電流環路有許多優點，比如：受噪聲影響較小，能夠將信號發送給距離較遠的設備，信號僅受限于電流源，因此不存在信號丟失，也能夠控制斷線。由于電流環路的最低值是4mA，因此信號傳輸線斷開被認為是0mA。

　　在設計和測試帶傳感器的工業設備時，我們可以使用電流環路校準器并依據傳感器可能有的值來觀察系統行為。