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标题: 电压信号和电流信号有什么区别？ [打印本页]

作者: 傲雪风 时间: 2018-1-15 10:44
标题: 电压信号和电流信号有什么区别？
电流信号可以传输，可以理解，电压信号怎么传输？

作者: nestnall 时间: 2018-1-15 10:44
同事把这个问题帖转给我了，是个有点意思的问题。周日有点时间，对这个问题来一番科普。
可以看出，题主对电压信号与电流信号概念模糊，不知道两者的本质区别是什么。既然如此，我们就从最简单最基本的温度测控和控制谈起吧。
我们来看下图：

图中左侧有一个受控对象，它的下方有加热器。受控对象内安装了热电阻测温，温度信号经过变送器变换后输送给测控装置。测控装置根据温度变化情况，通过执行机构控制加热器对受控对象加热或者保温。
我们知道电阻R的表达式为：

$R=\rho_{0}(1+\alpha\theta )\frac{L}{S}$

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。这里的R是热电阻阻值，而

$\alpha$

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是热电阻温度系数，是温度，L是热电阻元件的长度，S是热电阻元件的截面积。
我们看到，热电阻阻值R与温度有关系，我们利用电阻R的值来测量出受控对象的温度。但热电阻R与温度间存在非线性，所以温度变送器内部会有线性化处理电路，使得温度变送器的输出信号与温度之间存在线性化关系。
我们不妨设温度变送器的温度测量范围是0度到200度，而温度变送器的输出信号是电压信号，范围是0到10V。于是有：
当温度为0时，温度变送器输出电压信号是0V；当温度为100度时，温度变送器输出电压信号是5V；当温度为200度时，温度变送器输出电压信号是10V。
我们看下图：

图中用一条双芯电缆把温度变送器输出的电压信号传送给远方的测控装置。我们已经知道导线始端的电压是0~10V，如果导线很长，导线本身存在电阻，它会产生压降，那么导线的终端电压还会保持0~10V吗？其次，电缆中若存在干扰信号，电缆终端的电压也会受到影响。
显然，导线越长，导线终端的电压值偏差也就越大，测控装置通过模数转换得到的温度值误差也越大。这就是电压信号在传递过程中的不足之处。
为了解决电压信号在传输过程中出现的问题，人们提出了用电流信号来取代电压信号的方法。
我们设想热电阻温度变送器的输出为电流源电路。当温度为0度时，电流源输出4毫安的电流；当温度为100度时，电流源输出12毫安电流；当温度为200度时，电流源输出20毫安电流。
由于电流源输出的电流只与实际测量的温度值有关，与传输导线的电阻无关，与负载阻抗（负载电阻）基本无关。如此一来，线路长度造成的误差就基本消除了。
我们看下图：

图中的上部是电压信号传递。我们看到传输线连接了信号源和负载端，并且有：

$U_Z\leq U_0$

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。如果考虑到干扰信号（电压信号）的叠加，则电缆末端的电压变化就更加复杂。反观下图的电流信号传递，尽管线路中依然存在线路电阻，但信号电流

$I_0$

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基本恒定，干扰信号（电压信号）几乎没有影响。
虽然电流信号传输比电压信号传输稳定得多，但要注意到一个事实：信号源的电压比较高。这是电流源的特征：由戴维南原理我们很容易推得这个结论。
我们来看下图：

图中的晶体管是PNP类型的，并且是共基极接法。当它的基极电压受传感器被采集参数的影响固定后，我们减去0.6V就得到发射机E的电压，显然，E点的电压也是固定的。我们用Ue/Re，就得到晶体管的发射极电流，也即T的集电极电流。此集电极电流就是电流信号的具体值。
我们看到，T的集电极电流与后续的导线线路电阻Rx无关，与负载输入电阻Rfz亦无关，由此确保了信号的稳定性和准确性。
以上就是电流信号更优于电压信号的根本原因。
我们看ABB的某款PLC的输入输出信息：

我们看到其中既有0~10V的电压信号，也有4~20mA的电流信号。
不管是电压信号还是电流信号，它们在工控数据传输中都被叫做模拟量数据。模拟量数据在工控中运用极广，可以说是无所不在。例如温度、流量、压力、液位、位置等模拟量，它们的信号类型不是标准0~10V电压信号就是标准4~20mA电流信号。
有意思的是，自从现场总线出现后，人们都认为模拟量数据传输会被现场总线技术给淘汰掉。但几十年过去了，模拟量特别是电流量信号传输不但没有被淘汰，反而更加发展起来了。模拟量数据传输的稳定性和可靠性远高于现场总线。可见，模拟量信号的传输和控制还是很有发展前景的。

作者: joy3118 时间: 2018-1-15 10:44
电压信号，并不是说没有电流只有电压，只是说电压的大小变化代表某种含义，通过这个大小反应其它需要监测量值的大小状态等等。
至于说传递，不如说采集，如何采集到电压量值。对于电流信号也是一样的。

作者: ADUPREce 时间: 2018-1-15 10:44
电压可以不带功率，电流一定带功率，所以设计使用时电流信号要注意别加大电阻上。
电压信号因为“不带功率”，所以在线损较大的时候，经导线从测量点到输入点的过程中会有电压损耗，产生误差。
其他没什么差别，可能会碰到的干扰对两者都是等同的。

作者: any941 时间: 2018-1-15 10:44
首先，电压信号也是有回路的，信号输出端和采集端要共地形成回路，也就是有电流通过的，但是传递信息是电压的变化，至于这个回路的电流在传递信息的时候被忽略了。

作者: dsadsadsasd 时间: 2018-1-15 10:44
谢邀，小子何德何能，连问题都读不懂。如果只是问电压信号怎么传输的话那就有很多方法了，一般可以分为电气隔离与非电气隔离两大类；非电气隔离很好理解，一般就是直接把信号源的输出接到接收端的输入上，通过信号源输出的电压变化来传递信号。电气隔离的就多了，比如可以通过光纤把原信号转化为光的有无；还可以通过耦合变压器进行隔离后将原边信号转化为副边信号后输出；还可以通过无线的方式传播出去，我是实在不知道这问题是啥。最后，你问的问题是一个天大的问题，电压信号和电流信号的区别可以写一章书了，个人意见最大的区别就是电流信号抗干扰能力强，比较准确；电压信号抗干扰能力较弱，同时主要依赖于电位的指定，当不共地时可能会出现问题。

作者: dzlqsq 时间: 2018-1-15 10:44
比如有两根线，线ab和线cd，平行放置，给c接0v,a接5v,那么ac之间的电势差为5v,bd之间的电势差也为5v,改变a或c的电压(一般是a变)，ac之间的电势差就变了，bd也跟着变。

作者: MyTWbwzg 时间: 2018-1-15 10:44
结合物理电压、电流定义去想这个问题，建议想象一条河从高山流下，电流信号就是流动的水的大小，电压信号就是设置好远点海拔势差，然后你就会基本明白了

作者: icihdlfgxf 时间: 2018-1-15 10:44
额，你这是初中水平的思维能力？
高中之后学过电流表改装电压表部分之后，就不该提出这样的问题吧。
我一开始还以为是问信号特性，兴冲冲的进来准备摔一本《过程检测仪表》，没想到居然需要甩一脸高中电路。
知乎水平越来越低了，回答问题连本科学历都不用了。

作者: aquila00 时间: 2018-1-15 10:44
这让人无法回答

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