定义
4～20mA 是工业标准电流环模拟量信号，4mA 对应量程下限、20mA 对应上限，断线时电流为 0 便于故障检测。压力传感器、气体传感器、光照传感器等常支持 4～20mA 或 Modbus 输出。HART 协议在 4～20mA 环路上叠加数字通信，实现智能仪表配置与诊断。
工作原理与优势
4～20mA 采用两线制电流环：传感器或变送器将物理量转换为 4～20mA 电流，接收端（如 PLC、DCS、数据采集器）串联 250Ω 电阻将电流转换为 1～5V 电压进行测量。电流信号抗干扰能力强，长距离传输（数百米至千米）时电压降不影响电流值；两线制可同时供电与传输，简化布线；4mA 零点预留（非 0mA）便于区分断线（0mA）与正常下限；20mA 满量程限制可降低短路风险。工业现场广泛采用 4～20mA 连接压力、温度、流量、液位、pH、气体浓度等传感器。
与 HART 的关系
HART（Highway Addressable Remote Transducer）在 4～20mA 模拟信号上叠加 FSK 数字调制（2200Hz 表示 1，1200Hz 表示 0），实现数字通信而不影响模拟量。主设备可同时读取 4～20mA 模拟值和 HART 数字量（设备状态、量程、单位、诊断信息等），并可远程配置设备参数。HART 支持点对多点模式，一条总线可挂接多台智能仪表，适用于既有模拟量需求又有数字配置需求的场景。
采集与转换
物联网网关或 PLC 采集 4～20mA 信号时，需通过 ADC 将电流转换为数字量。典型方案：串联精密电阻（如 250Ω）采样电压，经 ADC 采集后按公式换算：物理量 = 量程下限 + (ADC 值 - 4mA 对应值) / (20mA - 4mA) × 量程。需注意量程上下限、单位、线性/非线性校准。多路采集可采用多路复用器或专用模拟量输入模块，支持 Modbus 等协议将数据上报至平台。
应用场景
4～20mA 广泛应用于石油化工、电力、水处理、冶金、环保等行业的过程监测。压力变送器输出管道压力、液位；温度变送器输出工艺温度；气体传感器输出 CO、O2、可燃气体浓度；流量计输出瞬时流量；pH 计输出酸碱度。工业网关常提供 4～20mA 输入接口，将传感器数据接入 Modbus、OPC UA 等协议，上传至 SCADA、DCS、物联网平台，实现远程监控与数据分析。