耐干渉性能の比較：4-20mA対2-10V

電動アクチュエータの耐干渉性能の応用において、4-20mAのアナログ信号は2-10Vのアナログ信号よりも大幅に優れた性能を発揮します。これはなぜでしょうか？

2-10V信号解析

2-10V信号用耐干渉回路図（DCL Huayiインテリジェント制御）

上の図に示すように：

2～10Vを使用する場合、モジュールの入力抵抗が高いため（R=34K）、入力信号電流は非常に低くなります（0.059mA～0.29mA）。その結果、この経路の信号対雑音比が非常に低くなり、導電性および放射性干渉に対する耐性が低下します。つまり、電子設計の観点から見ると、この部分が最も脆弱な部分となります。

2-10V信号経路では、出力デバイスはコントローラ側の出力電圧(Vo)の正確性のみを保証できます(電圧フィードバックポイントが出力ピンに近いため)。一方、アクチュエータ側の入力電圧(Vi)の正確性は保証できません。 $Vi = Vo + V_{noise} + V_{ground-diff}$ 、どこ $VnoiseV_{noise}$ そして $Vground−diffV_{ground-diff}$ 干渉を受けやすく、避けられない一時的な変化を引き起こす。

2-10V信号ケーブルの長さ、内部抵抗、およびシールド対策は、2-10V信号の耐干渉性能に大きく影響します。ケーブルが長くなるほど内部抵抗が高くなり、シールドが不十分になるほど、2-10V信号の耐干渉性は低下します。そのため、2-10Vは一般的に非常に短距離の通信に使用されます。

4-20mA信号解析

4-20mA信号用耐干渉回路図（DCL Huayi Intelligent Control）

2-10V信号と比較して、4-20mA信号は2-10V信号の2つの重大な弱点を解消しています。上の図に示すように、

4-20mAを使用する場合、モジュールの入力抵抗が低い（R=120Ω）ため、入力信号電流は比較的高くなります（4mA～20mA）。これにより、この経路における信号対雑音比が高くなり、伝導性および放射性干渉に対する耐性が向上します。結果として、4-20mA信号は干渉を受けにくくなります。

4-20mA信号経路において、出力デバイスは出力側電流とアクチュエータ入力電流の両方を含む、出力ループ電流全体の正確性を確保できます。これは、出力回路のフィードバックサンプリング対象が4-20mAループ出力端の電流であり、信号ループ全体で電流が均一であるためです。したがって、アクチュエータ端でサンプリングされた電流は、コントローラからの出力電流と必ず一致します。干渉や接地電位の不一致が存在する場合でも、4-20mA出力回路は能動的な負帰還調整によって信号電流の正確性を確保できます。

4-20mA信号ケーブルの長さや内部抵抗は、4-20mA信号の耐干渉性能にほとんど影響を与えません。そのため、4-20mAは長距離通信によく用いられます。