两线制电流变送器是一种在工业过程控制和自动化领域应用极其广泛的信号传输设备。其核心原理、特点和优势如下：

原理

1. 信号与电源共用回路： 这是两线制的核心特征。变送器、电源（通常是24VDC）和信号接收端（如PLC的模拟量输入模块、DCS或显示仪表）串联在同一个由两根导线构成的闭合回路中。
   • 电源的正极连接到信号接收端的正输入端。
   • 信号接收端的负输入端连接到变送器的正极输入端。
   • 变送器的负极输出端连接到电源的负极。
2. 物理量到电流的转换： 变送器内部的传感元件（如惠斯通电桥、电容、电感或专用芯片）检测被测的物理量（如压力、温度、流量、液位、pH值等）。
3. 信号调理与电流调制： 检测到的微弱信号被放大、线性化、温度补偿等处理后，送入一个电压/电流转换电路（V/I转换器或恒流源电路）。
4. 回路电流代表信号值： V/I转换器的关键作用是：根据输入信号的大小，精确地控制流经整个串联回路的总电流。这个回路电流就是传输的信号。
   • 4mA： 通常对应变送器量程的零点（0%）或传感器故障状态（“活零”概念，便于区分断线故障0mA）。
   • 20mA： 通常对应变送器量程的满点（100%）。
   • 4-20mA： 信号值在量程范围内时，回路电流在4mA到20mA之间线性变化。
5. 变送器自身功耗： 变送器正常工作所需的电力完全取自这个4-20mA电流环。在信号为4mA（零点）时，回路电流也必须至少为4mA，这部分电流就是用来给变送器内部的电子电路供电的。因此，变送器必须设计为低功耗器件。

特点与优势

1. 接线简单，成本低廉： 仅需两根导线同时传输电源和信号。相比需要额外电源线的三线制、四线制变送器，极大地节省了电缆成本和接线工程量，尤其是在需要长距离布线或有大量测点的系统中。
2. 抗干扰能力强： 电流信号相对于电压信号的主要优势在于抗电磁干扰能力。导线的电阻、接触电阻的变化以及感应引入的电压噪声，对恒定电流源输出的信号大小影响非常小。只要回路完整，电流就能稳定传输，非常适合工业现场恶劣的电磁环境。
3. “活零”(Live Zero) 概念： 4mA的零点信号（而非0mA）具有重要优势：
   • 断线故障诊断： 如果回路断开，电流变为0mA，控制系统可以轻松检测到这个异常状态（断线），区别于0信号（4mA）。
   • 传感器/仪表故障检测： 某些变送器能将自身或传感器的故障状态输出为低于4mA（如3.6mA或0mA）或高于20mA的电流值，便于远端诊断。
   • 检测变送器是否工作： 只要有4mA电流，就说明回路是通的且变送器基本在工作。
4. 本质安全： 在易燃易爆的危险场合（如石油化工、矿井），两线制变送器更容易通过设计满足本质安全防爆要求。因为其工作电压通常较低（24VDC），并且通过安全栅限制回路中的能量，即使在故障状态下也不足以点燃危险气体。
5. 信号传输距离远： 由于是电流源传输，只要电源电压能克服导线电阻产生的压降（U = I * R_loop），信号就能长距离传输而不衰减。通常可达数百米甚至上千米（取决于电源电压、导线电阻和变送器最小工作电压）。
6. 标准化： 4-20mA是目前全球工业自动化领域最标准、最通用的模拟量信号传输标准，不同厂家的设备（变送器、PLC、DCS、记录仪、控制器）之间可以方便互连。
7. 与HART协议的兼容性： 大多数两线制4-20mA变送器都兼容HART协议（Highway Addressable Remote Transducer）。HART通过在4-20mA的模拟信号上叠加高频数字信号（FSK），可以在同一对导线上实现双向数字通信，用于远程配置、诊断、读取更多过程变量等，而不影响模拟信号的传输。这是向全数字化过渡的重要桥梁。

总结

两线制电流变送器巧妙地利用了同一个回路传输电源和代表过程变量的电流信号（4-20mA）。其最大优势在于接线简单经济、抗干扰性强、可靠性高（得益于活零）、支持长距离传输、符合本质安全要求、标准化程度高且兼容数字通信（HART）。这些优点使其成为工业现场传感器信号传输的首选方案。