전류 신호 시스템: 4-20mA 루프 해설

전류원 기초

전자 증폭기를 활용하면 단자 양단에 필요한 전압에 관계없이 일정한 전류를 전달하는 회로를 설계할 수 있습니다. 이런 어셈블리를 총칭해 전류원이라 하며, 회로도는 아래와 같습니다:

전류원은 고정된 전류를 유지하며, 그 전류를 부하를 통해 보존하기 위해 필요에 따라 전압을 조정합니다. 이는 이상적 전압원(완벽한 배터리)의 논리적 대응물로, 전압을 일정하게 유지하면서 외부 회로에 따라 전류가 변하게 합니다.

현대 계측은 가변 전류원을 자주 채용해 고정확도와 재현 가능한 신호 레벨을 가능하게 합니다. 트랜스미터 설계에서 가변 전압원을 가변 전류원으로 대체하면 전압이 아닌 전류로 동작하는 신호 시스템이 됩니다:

트랜스미터 내부 회로는 외부 동작에 부차적입니다: 출력 전류가 부유물 위치에 비례해 변화하며, 전압 시스템에서 포텐쇼미터가 출력 전압을 조정하는 것을 반영합니다.

이 구성에서 인디케이터는 전압계가 아닌 전류계이며, 눈금은 인치, 피트, 미터 단위의 수위를 반영하도록 보정됩니다. 루프가 직렬 회로이므로 전류는 케이블 저항을 포함해 모든 구성요소에서 동일합니다. 따라서 인디케이터에서 측정된 전류는 트랜스미터에서 생성된 전류와 같아, 전압 기반 시스템을 괴롭힐 수 있는 신호 열화를 제거합니다. 이는 전류 루프 신호의 주요 이점입니다.

4-20mA 전류 루프

산업 표준 전류 루프는 4-20mA입니다. 이 레인지에서 4mA는 측정된 양의 0%, 20mA는 100%, 중간값은 선형 대응(예: 12mA = 50%)합니다. 4-20mA 표준의 핵심 이점은 정밀 250Ω 저항을 직렬로 넣어 1-5V 신호로 직관적으로 변환 가능하다는 점입니다: 4mA에서 1V, 20mA에서 5V, 중간값은 비례합니다.

4-20mA 루프는 아날로그 전류 신호의 지배적 표준이 되었습니다. 구형 10-50mA 레인지에 비해 낮은 전압과 전류 레벨이 유해 산업 환경에서 감전 및 스파크 발생 위험을 줄여 IEC/ISA 안전 가이드라인에 부합하기 때문입니다.

핵심 요약

• 전류원은 전압원이 안정된 전압을 유지하는 것과 유사하게 안정된 전류를 전달합니다.
• 전류 루프 시스템에서 직렬 배선은 모든 구성요소를 통한 동일 전류를 보장해 케이블 저항으로 인한 오차를 제거합니다.
• 4-20mA 루프는 산업 계측에서 지배적인 아날로그 전류 표준으로 남아 있습니다.