4～20 mA 入力

電圧入力のみ測定できるデバイスで 4～20 mA 信号を測定することは、実に簡単であまりコストもかかりません。たいていの A/D ボードは 0～5 Vdc 信号を受けとりますが、4～20 mA の信号を直接受け取れないものもあります。

この問題は、ものの数分で解決できます。基本的には、4～20 mA 信号を電圧に変換するための抵抗値を、オームの法則を用いて計算します。
この場合、250 Ωの抵抗を使用するのが一般的です。この抵抗を通して4～20mAが流れたときに1～5Vdcを発生します。そして、0～5Vdcの入力は、多くのデータ収集システムやデータロガー、アナログ信号の計測機器で採用されています。

ただし、0～5 Vdc 以外の電圧入力が望ましい場合があるので、次の例では電圧入力によらず適切な抵抗値をいかに簡単に計算できるかを示します。

実例

この例では、4～20 mA 信号の測定に 0～10 Vdc 入力を使用するとします。
オームの法則は R=V/I、ここで V は電圧、I は電流、R は抵抗です。

R = 10 V/0.020 A = 500 Ω

20 mA が 500 Ωの抵抗を流れると、10 V の電圧降下が起こります。
4 mA が 500 Ωの抵抗を流れると、2 V の電圧降下が起こります。
よって、4～20 mA の信号が 500 Ωの抵抗を流れると、2～10 V の電圧に替えることが出来ます。

覚えておいていただきたいもう 1 つ重要な事柄があります。抵抗の許容値を 1 % 未満にすることで、できれば 0.1 % にします。抵抗の誤差は電圧降下の誤差になるからです。時間や温度で抵抗値が変動すると精度に悪影響が及び、それは避けたいところです。
抵抗値を選択したら、読み取り値を検証し、ソフトウェアで微調整して抵抗の誤差を補償する必要があります。
例えば、500 Ωの抵抗は実際には 497.5 Ωかもしれず、だとすると電圧出力は計算した 2～10 V ではなく実際には 1.99～9.95 V となります。



データ収集システムの電圧入力端子間に抵抗をわたして接続するだけで、あとは 4～20 mA 信号をその 2 端子に入力すれば、電流が抵抗を流れ、電圧降下が起こって、それをデータ収集デバイスで測定できます。
電源をトランスや 2 線センサーへの給電に使用している場合は、接地が必要になる場合があることに気をつけてください。