4-20ma有源和無(wú)源的區(qū)別

2025-06-16 16:18:28| 來(lái)源：聚英電子| 次| 0次

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，4-20mA信號(hào)傳輸是模擬量控制的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。有源(Active)和無(wú)源(Passive)4-20mA設(shè)備的根本區(qū)別在于：誰(shuí)為整個(gè)電流回路提供驅(qū)動(dòng)電源(工作電壓)?

理解這個(gè)核心區(qū)別，對(duì)正確接線(xiàn)、避免設(shè)備損壞和信號(hào)異常至關(guān)重要。以下是詳細(xì)對(duì)比：

特性	有源設(shè)備 (Active)	無(wú)源設(shè)備 (Passive)
電源角色	電源提供者	電源消耗者
工作電源來(lái)源	自帶電源（如24VDC供電端子）或外部獨(dú)立電源供電	必須依賴(lài)外部設(shè)備（如PLC/采集卡）提供回路電源
信號(hào)輸出能力	能主動(dòng)輸出4-20mA信號(hào)到回路	無(wú)法主動(dòng)輸出電流，需要外部電源“拉”電流形成信號(hào)
信號(hào)輸入能力	通常不能直接接受外部提供的回路電源輸入	必須接受外部提供的回路電源輸入
典型設(shè)備	- PLC/DCS的模擬量輸出(AO)模塊- 獨(dú)立信號(hào)發(fā)生器- 部分變送器（需注意接線(xiàn)類(lèi)型）	- 兩線(xiàn)制變送器 (壓力/溫度/流量等傳感器)- PLC/DCS的模擬量輸入(AI)通道- 顯示儀表/記錄儀
接線(xiàn)核心要點(diǎn)	輸出端相當(dāng)于一個(gè)電流源，需串聯(lián)負(fù)載（如顯示儀表、無(wú)源AI通道）	需串聯(lián)在有源設(shè)備的輸出回路中或有源供電的AI回路中
回路電流流向	電流從設(shè)備輸出端流出，經(jīng)過(guò)回路負(fù)載回到公共端	電流流入設(shè)備，為其內(nèi)部電路供電并產(chǎn)生信號(hào)
供電與信號(hào)線(xiàn)	通常需要獨(dú)立的電源線(xiàn)和信號(hào)輸出線(xiàn)（三線(xiàn)制或四線(xiàn)制變送器常見(jiàn)）	供電與信號(hào)共用兩根線(xiàn)（兩線(xiàn)制典型特征）
關(guān)鍵判斷方法	查看手冊(cè)：標(biāo)注“Output”、“Source”、“Active Output”	查看手冊(cè)：標(biāo)注“Input”、“Sink”、“Loop Powered”、“Passive”

核心概念圖解

1. 有源輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)無(wú)源輸入設(shè)備 (最常見(jiàn)場(chǎng)景)：

+24VDC (電源) ---> [有源設(shè)備 AO+] ---(信號(hào)線(xiàn)+)---> [無(wú)源設(shè)備 AI+] --- [無(wú)源設(shè)備 AI-] ---(信號(hào)線(xiàn)-)---> [有源設(shè)備 AO-] ---> 0V/GND

* 有源設(shè)備 (AO)：提供24VDC回路電源，并主動(dòng)輸出4-20mA電流。

* 無(wú)源設(shè)備 (AI)：消耗回路電源，其內(nèi)部電路工作并將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為對(duì)電流的調(diào)制(對(duì)于變送器)或檢測(cè)電流值(對(duì)于采集卡/PLC輸入通道)。電流流入無(wú)源設(shè)備。

2. 為無(wú)源變送器提供外部供電：

+24VDC (外部電源+) ---> [無(wú)源變送器+] --- [無(wú)源變送器-] ---(信號(hào)線(xiàn)+)---> [有源AI通道+] --- [有源AI通道-] ---> 0V/GND (外部電源- & AI通道公共端)

* 無(wú)源變送器：需要外部24VDC電源供電才能工作。

* 有源AI通道：這里指PLC/DCS的模擬量輸入通道，它通常設(shè)計(jì)成測(cè)量回路電流，本身不提供回路電源(需要外部電源驅(qū)動(dòng)變送器)。變送器調(diào)制出的4-20mA電流流經(jīng)AI通道的測(cè)量電阻。

重要注意事項(xiàng)

1. 兩線(xiàn)制變送器 = 無(wú)源設(shè)備：這是最常見(jiàn)的傳感器類(lèi)型。它只有兩根線(xiàn)，這兩根線(xiàn)同時(shí)承擔(dān)供電(24VDC) 和信號(hào)傳輸(4-20mA) 的功能。它必須由外部(通常是PLC的AI卡、DCS卡件或獨(dú)立的隔離配電器)提供回路電源。

2. PLC/DCS I/O模塊的角色：

* AO模塊(輸出)：通常是有源輸出。它為連接的設(shè)備(如閥門(mén)定位器、變頻器速度給定、無(wú)源顯示表)提供回路電源并輸出4-20mA信號(hào)。

* AI模塊(輸入)：通常是無(wú)源輸入(需要外部供電驅(qū)動(dòng)變送器)。它內(nèi)部包含一個(gè)精密測(cè)量電阻(如250Ω)，用來(lái)測(cè)量流經(jīng)它的電流(即變送器發(fā)出的信號(hào))。部分高端AI模塊內(nèi)置隔離配電(iPWR)，這時(shí)它對(duì)變送器而言就相當(dāng)于一個(gè)有源供電設(shè)備。

3. 接線(xiàn)錯(cuò)誤后果：

* 將有源輸出接到另一個(gè)有源輸出：可能短路，燒壞設(shè)備!

* 將無(wú)源輸入(需要供電)接到另一個(gè)無(wú)源輸入：回路沒(méi)有電源，都不工作。

* 將有源設(shè)備接到需要外部供電的無(wú)源設(shè)備(如兩線(xiàn)制變送器)但未提供電源：變送器不工作。

4. 萬(wàn)用表判斷(謹(jǐn)慎操作)：

* 在斷電狀態(tài)下測(cè)量設(shè)備輸出端電阻：有源輸出端電阻通常很低(接近0Ω，短路狀態(tài));無(wú)源輸入端電阻通常較高(內(nèi)部測(cè)量電阻，常為250Ω)。

* 最可靠方法：查閱設(shè)備手冊(cè)! 手冊(cè)會(huì)明確標(biāo)注設(shè)備類(lèi)型(有源/無(wú)源)和接線(xiàn)方式。

總結(jié)

“有源”設(shè)備是電流回路的“發(fā)動(dòng)機(jī)”(提供動(dòng)力/電源)，“無(wú)源”設(shè)備是電流回路的“乘客”(消耗動(dòng)力/電源，利用動(dòng)力傳遞信息)。正確匹配“發(fā)動(dòng)機(jī)”和“乘客”是保證4-20mA系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。務(wù)必根據(jù)設(shè)備手冊(cè)確認(rèn)其類(lèi)型并嚴(yán)格按圖接線(xiàn)。