比較類比輸入的電壓與電流：為什麼電流輸入的抗干擾能力更強？

在工業自動化和控制系統中，類比輸入是將物理量（如溫度、壓力、速度等）轉換為電信號的關鍵技術。常見的類比輸入方式有電壓輸入和電流輸入。那麼，它們之間有什麼區別？為什麼大家都說電流輸入的方式抗干擾比較強？本文將為初學者詳細解答這些問題。

電壓輸入與電流輸入的區別

電壓輸入是指使用電壓信號（如0-5V、0-10V）來表示被測物理量的大小。電流輸入則是使用電流信號（如4-20mA、0-20mA）來傳遞信息。

主要區別包括：

• 傳輸方式：電壓信號容易受到線路電阻和干擾的影響，電流信號則在一定程度上可以忽略線路電阻的影響。
• 抗干擾能力：電流輸入的抗干擾能力較強，適合長距離傳輸。
• 傳輸距離：電流信號可以傳輸較長距離而信號損失較小，電壓信號適合短距離傳輸。
• 線路要求：電壓輸入對線路品質要求較高，需要良好的屏蔽和接地。

為什麼電流輸入的抗干擾能力比較強？

1. 線路電阻影響小

電流輸入的信號大小取決於電流強度，與線路電阻無關。即使線路存在電阻，電流大小仍然保持不變。而電壓輸入則會因線路電阻造成電壓降，影響測量精度。

2. 電磁干擾影響小

電流信號對外界的電磁干擾不敏感，因為干擾引起的電壓變化對電流的影響微乎其微。電壓信號則容易受到電磁場的干擾，產生噪聲。

3. 雜散電容影響小

在長距離傳輸中，電纜的雜散電容會對高阻抗的電壓信號產生影響，造成信號失真。電流信號因為內阻低，受雜散電容影響較小。

電流輸入的其他優點

• 故障檢測方便：常用的4-20mA信號中，當電流低於4mA時，可判斷為線路斷開或傳感器故障。
• 標準化程度高：4-20mA已成為工業界的標準信號，兼容性好。

電壓輸入的應用場合

電壓輸入也有其優勢，適合以下場合：

• 短距離、高精度：在實驗室或設備內部，線路短且環境干擾小，電壓輸入可提供高精度測量。
• 成本考量：電壓輸入的電路簡單，成本較低。

選擇建議

在選擇類比輸入方式時，應考慮：

• 傳輸距離：長距離選擇電流輸入，短距離可選電壓輸入。
• 環境干擾：干擾較大時，電流輸入更為可靠。
• 成本和精度：在成本敏感且需要高精度的情況下，可考慮電壓輸入。

結語

理解電壓輸入和電流輸入的區別，對於正確選擇測量和控制方案至關重要。電流輸入的抗干擾能力強，適合工業現場的惡劣環境；電壓輸入則在短距離、高精度的應用中具有優勢。初學者應根據實際需求，選擇最適合的方案。

資料來源

[1] 《自動控制原理與應用》，王偉編著，機械工業出版社。

[2] 《傳感器與測控技術》，李明主編，電子工業出版社。

[3] 工業自動化網絡資源：https://www.controleng.com