位移传感器信号电流传输：4-20mA与电压输出怎么选

位移传感器信号电流传输解决的是一件事：把测量信号送到几十米甚至几百米外的 PLC 上，路上还不能丢精度。工程做法就是把传感器输出的电压信号转成标准的 4~20mA 直流电流再传，到终端用一只标准电阻还原成电压来读。布线超过 5 米、或者现场干扰大的场合，优先走电流传输，这是基本判断。

下面把电流与电压两条路子的差别、4~20mA 为什么成为标准、以及三线制和两线制接进 PLC 的不同接法，一次讲清楚。

位移传感器信号电流传输与电压传输，到底差在哪

核心差别在于：电流信号在回路里是恒定的，路上串了多长的线、线阻有多大，都不影响终端读到的电流值；而电压信号在长线上会一路掉。原因有两个，一是电缆沿线电阻分压，二是电缆的分布电容对变化的电压有迟滞作用，会把信号拖毛、拖慢。

所以电压输出的适用面很窄：一般要求传输距离在 5 米以内，线路电阻小于 1Ω。而电流传输对电缆容性几乎不敏感，沿线电阻的影响基本为零，对负载变化也不敏感，长距离传输可以做得很轻松，一般能到 500m，条件好的场合甚至到 1000m。

有一点要说清楚：电流传输并不是凭空把精度做高，它只是把"传输过程"这一环的误差压掉了。传感器本身的精度、重复性、温度漂移，还是得看器件和安装，换传输方式解决不了。

位移传感器信号电流传输为什么偏偏是 4~20mA

上下限的取法都是有讲究的。上限取 20mA，最早是考虑防爆要求——这个电流等级的通断引起的火花能量有限，不足以引燃瓦斯环境，所以本安系统里大量采用这个信号制。下限取 4mA 而不是 0mA，目的只有一个：检测断线。正常工作时电流不会低于 4mA，一旦跌到 4mA 以下，就说明线路断了、传感器没供电，或者是电路故障。

工程上一般把 2mA 作为断线报警的判定值，留一点余量，避免因为波动误报。这也是电流传输比电压传输强的地方：0~10V 的电压信号，读到 0V 时你分不清是"位移真的在零点"还是"线断了"；4~20mA 就不存在这个歧义。

三线制与两线制：区别不只是一根线

电流输出的模块有三线和两线之分。三线制是早期开发的产品，供电和信号分开走线，信号回路和电源回路独立，接法上省心，但对线缆数量有要求。两线制是后来推出的，供电和信号共用一条线，电流输出端与电源共用一线（Vcc 侧或 GND 侧），接线省一根线，代价是每个模块都要串在回路里，对供电电源的带载能力有要求。

现场常用的还有第三种：传感器本身就是电压输出，直接接 PLC 的电压输入通道。这类接法最简单，但传输距离的限制也最死，一般别超过 5 米，而且要避开变频器、接触器这些干扰源。

电流信号怎么变回电压：一只标准电阻就够了

电流不好直接测量，电压好测——这是电路的基本特点。所以电流信号到了终端设备 PLC 上，都要先转回电压再用。方法非常简单：让电流流经一只标准电阻，测量电阻两端的电压即可。

所谓标准电阻，就是阻值精确、没有附加电容、或者电容小到可以忽略的电阻。阻值选多少，看 PLC 输入通道的量程。举例说，用 250Ω 的标准电阻，20mA 时电阻两端就是 5V，4mA 时是 1V，正好落在一个常见的输入量程里；如果 PLC 量程是 0~10V，就配 500Ω，20mA 对应 10V。选阻值要前后一起看，别只顾中间点。

三种接法：三线电流、两线电流、电压信号接进 PLC

接法本身不复杂，难在分清手上的是哪一种。三种情况分开说：

• 三线电流模块接 PLC——接法和电压型信号接进去是一样的。PLC 内部其实有区别：电流型的输入通道，在信号输入端与电源负极之间已经内置了标准电阻，所以你不需要外接。
• 两线电流模块接 PLC——模块由外部电源供电，电流输出与电源共用一线。正常应用中的接法是电流输出接入 GND 一侧。接 PLC 时，把模块的 Vcc 端接 PLC 的 Vcc，模块的 GND 接 PLC 的输入端。要注意，此时模块的 GND 是"假地"——PLC 内部该信号输入端与真正的 GND 之间用标准电阻联通，这个 GND 上其实有一个标准电阻上的电压抬升，那就是电流转出来的电压值。
• 电压信号接 PLC——直接接入 PLC 的电压信号输入端即可，不用别的器件。但线要短、要屏蔽，接地按单点接。

现场怎么选：先看距离，再看干扰

选型的顺序其实很简单。第一步量距离，超过 5 米的，直接走电流输出，不用犹豫；5 米以内、又是机柜内部走线、旁边没有大功率设备的，电压输出更省事。

第二步看干扰。电缆旁边有变频器输出线、伺服驱动器、大功率接触器的，无论距离长短都建议走电流输出，因为这些干扰源产生的感应电压在长线上会直接叠到信号上。信号线本身也要做屏蔽，屏蔽层按单点接地接，别两头都接，两头接容易形成地环流反而更糟。

第三步看系统接口。PLC 只有电压输入通道的，要么在中间加一只标准电阻把电流转成电压，要么干脆选电压输出的传感器，具体按你手上通道的类型定。

常见问题

问：位移传感器信号电流传输，为什么一定要用 4~20mA 而不是 0~20mA？
答：下限取 4mA 是为了检测断线。正常工作时电流不会低于 4mA，一旦跌到 4mA 以下就能判定为故障，工程上一般取 2mA 作为报警值。如果做成 0~20mA，0mA 既是零位又是断线，就没法区分了。

问：电流信号能传多远？超过这个距离怎么办？
答：一般到 500m，条件好的场合可以到 1000m。再远就要考虑信号中继，或者直接换成 RS485、CANopen 这类数字总线输出，走通讯比传模拟量更合适。

问：PLC 只有电压输入通道，能接 4~20mA 的传感器吗？
答：能，外接一只标准电阻把电流转成电压即可。阻值按 PLC 的量程选，量程 0~5V 配 250Ω，量程 0~10V 配 500Ω，让 20mA 对应的电压落在量程上限附近，这样分辨率最好。

问：两线制和三线制，接线时最容易错在哪？
答：两线制容易把电源和信号接反。它电流输出与电源共用一线，接法是电流输出接 GND 一侧，模块 Vcc 接 PLC 的 Vcc、GND 接 PLC 输入端。接反后常见现象是读数一直满偏或一直为零。三线制接法和电压型差不多，但别自己外接标准电阻，PLC 电流通道内部已经有了。

问：电压输出在 5 米以内就一定没问题吗？
答：不一定，还要看干扰。电缆旁边有变频器或大功率接触器的，就算只有两三米也可能受干扰。这种情况下要么走电流输出，要么给信号线加屏蔽并单点接地，别抱侥幸。