4-20mA是业界广泛使用的标准信号，大多数、PLC和DCS都使用这种信号。

4mA对应于变送器测量范围的下限值，20mA对应于变送器测量范围的上限值。变送器输出电流在4至20mA之间变化，这意味着变送器可以正常工作，并且测量的过程值在测量范围内。

但是，如果过程值超出测量范围或变送器发生故障，变送器输出信号应如何表现？

建议使用Namur NE43，该规范提供了有关如何通过4-20mA信号向控制系统指示传感器故障的指南 。因此，Namur NE43定义了正常工作范围之外的两个信号区域：①信号饱和(超出测量范围)；②硬件故障。



1、信号饱和(超出测量范围)
当变送器经过校准并正常工作时，只要过程条件正常，其输出信号就应保持在4mA至20mA之间。但是有时会发生工艺条件偏离正常操作的情况。

①高信号饱和区域
例如储罐的注满。在这种情况下，符合NAMUR标准的变送器可以输出20.5mA的电流。其输出信号超出了正常工作区间，但处于信号饱和区域内。(请参见上图中的右侧黄色区域)

②低信号饱和区域
还有一个可能会使输出信号处于饱和区域，是因为模拟信号会随着时间漂移。校准后的变送器，测量范围的低量程值通常对应于4mA，但是经过几年后，输出信号可能会漂移，从而使变送器仅能输出3.9mA。(请参见上图中的左侧黄色区域)

2、硬件故障
智能测量设备能够检测内部故障，例如传感器或转换器故障。当发生这种情况时，符合NAMUR标准的变送器的微处理器会将输出信号设置为3.6mA或21.0mA，具体取决于用户如何设置故障安全状态模式。

根据NAMUR NE43的建议，许多智能现场变送器都有故障安全状态模式，您可以在“低电流报警"模式或“高电流报警"模式之间进行选择。

“高电流报警"模式表示在内部诊断检测到故障的情况下，输出电流将设置为21.0mA。

“低电流报警"模式表示在内部诊断检测到故障的情况下，输出电流将设置为3.6mA。

在“低电流报警"模式的故障信号3.6mA和低信号饱和区域的3.8mA的之间只有0.2mA的变化量，因为2线制变送器需保证在≤3.6mA的电流时能正常工作。一些制造商还具有功耗小于3.6mA的测量设备。

因此，如果使用2线制变送器，建议将硬件故障信号设置为21.0mA，以避免在非常低的电流下操作设备时出现问题。对于4线制变送器，将硬件故障信号设置为3.6mA并不是问题，因为它们不是回路供电的。

通过控制系统解释警报阈值
理想情况下，接收控制器应具有一个带有合适软件的输入模块，该模块可以在0至22mA的电流范围内解释输入信号。

根据NAMUR的定义，3.6至3.8mA以及20.5至21.0mA之间的信号不能出现(请参见上图中的白色区域)。但是，如果由于某些原因确实发生了这种情况，则控制系统应将其解释为测量信号，而不是故障信号。

这样，电流信号范围≤3.6mA和≥21.0mA可以解释为变送器的硬件故障。为避免误报，硬件故障信号应存在至少4秒钟和至少2个信号扫描周期，之后才会被解释为传感器故障。

如果超出了警报阈值，则控制系统可以采取以下措施之一来应对：
①调整或停止生产，以避免生产损失或产品不合格
②自动通知维护技术人员修理，或更换有故障的变送器
③将有缺陷的控制回路切换到手动模式
④……

供应商特定的故障安全信号
并非所有的仪表制造商都遵循NAMUR NE43的建议。他们自称“符合标准" 的变送器对硬件故障信号使用了偏差值。

即使这些变送器由同一制造商制造，硬件故障信号可能会因变送器类型而异。例如，对于罗斯蒙特来说，压力测量设备的“高电流报警" 故障模式与温度测量设备的“高电流报警"故障模式不同，如下表所示。

不同制造商提供的变送器的警报阈值的部分示例：




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