Pourquoi un signal de courant est-il préféré à un signal de tension pour une longue transmission analogique?

Certains capteurs agissent comme des sources de courant, et je l'ai vu plusieurs fois, en particulier pour les fils très longs, même à l'extérieur comme les girouettes. Des boucles de courant 4-20 mA sont utilisées au lieu de la tension 0-10 V par exemple.

Quelle peut être l'explication physique de cela? Comment le courant est-il plus avantageux?

(Je me demande également en termes d'interférences EMI si un signal de boucle de courant est plus immunisé et pourquoi.)

Veuillez expliquer ce concept en utilisant des schémas électriques, des sources de courant de tension avec certains composants. Comment les interférences de mode commun sont couplées dans les deux cas, etc. et pourquoi une boucle de courant est immunisée contre le bruit.

ÉDITER:

Après avoir lu les réponses, voici ce que je comprends (cliquez pour voir les diagrammes de simulation et les tracés correspondants):

J'applique des interférences Vcm en mode commun dans tous les scénarios.

Dans la première partie supérieure figure une source de courant ayant une impédance 1Giga Ohm est transmise par l' intermédiaire d' un déséquilibre / inbalanced câble et même le récepteur est unique terminé la sortie est insensible au bruit. (1G Ohm rend le bruit faible, plus cette Rcur est faible, plus le bruit au récepteur est important)

Dans la figure du milieu une source de tension est transmise par l' intermédiaire d' un déséquilibre câble et le récepteur est à extrémité unique , dont la sortie est très bruyant.

Dans la figure du bas, une source de tension est transmise via un câble équilibré et le récepteur est à extrémité différentielle , et le bruit en mode commun est éliminé.

Ma conclusion / simulation est-elle correcte pour représenter cette question?

En fait, ce qui importe pour l'immunité contre le bruit est la puissance nécessaire pour perturber le chant.

C'est-à-dire qu'un signal de courant à une entrée avec une impédance presque nulle est tout aussi mauvais qu'un signal de tension à une entrée avec une impédance presque infinie.

Ce qu'il faut, c'est un récepteur avec une impédance non nulle et non infinie pour que le signal implique une certaine puissance .
C'est à dire

• si les informations sont codées comme tension, il devrait toujours y avoir du courant dans le récepteur et
• si l'information est codée comme actuelle, il devrait toujours y avoir une tension aux bornes du récepteur.

Donc, les deux cas sont similaires, mais vous n'avez qu'à décider s'il est préférable de coder le signal en tension ou en courant (une autre alternative serait codée en puissance). À des fins de mesure, les signaux de tension ou de courant sont les plus appropriés.

Un bon fil pour un signal de courant doit juste s'assurer qu'aucun courant n'est perdu (ou inséré), c'est-à-dire idéalement aucune fuite, c'est-à-dire une isolation parfaite. Cela peut être accompli très bien dans la pratique.

Un bon fil pour un signal de tension doit garantir qu'aucune tension n'est perdue, c'est-à-dire idéalement aucune chute de tension, une conductance parfaite le long du fil. Sauf si vous utilisez un supraconducteur, cela est presque impossible à réaliser dans la pratique.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Dans tous les cas, la résistance du récepteur doit être bien supérieure à 0 et bien inférieure à l'infini.
Il est facile d'avoir une résistance d'isolement pratiquement infinie.
Il est pratiquement impossible d'avoir la résistance série 0.

Par conséquent, si le signal doit être envoyé sur une certaine distance le long d'un fil, il vaut mieux utiliser un signal de courant qu'un signal de tension.

Le courant est grand en ce qu'il est égal à toutes les parties d'un conducteur. C'est-à-dire si vous poussez 15 mA d'un côté, l'autre côté voit 15 mA même s'il est à 200 m. Ceci est très facile à détecter et rend la transmission des données fiable.

Il n'en va pas de même pour la tension. Si votre conducteur a une impédance élevée et présente des interférences électriques, votre signal de tension d'entrée se dégradera et une tension valide risque de ne pas atteindre l'autre côté.

L'immunité au bruit vient du fait que les boucles de courant sont un système à faible impédance. Voyez ici pourquoi cela compte: Pourquoi les circuits à haute impédance sont-ils plus sensibles au bruit?

La signalisation actuelle présente différents avantages dans différentes situations, il existe donc plusieurs réponses différentes.

Dans le cas d'une signalisation basse fréquence.

Une source de courant constant (émetteur) a une impédance très élevée (et une source CV a une impédance très faible). Donc, lorsque vous mettez une résistance série assez élevée, cela n'a aucun effet: la source CC est déjà super élevée, quel effet vont produire quelques centaines / milliers d'ohms supplémentaires? De même, lorsque vous couplez du bruit dans le câble (C1,2), la source élevée R signifie que les deux fils montent et descendent ensemble - il s'agit d'un bruit de mode commun et n'a aucun effet sur le courant. Pendant ce temps, l'extrémité de réception a un faible R. Ceci amortit tout bruit couplé capacitivement et est robuste.

Un système de tension est le contraire. La source doit avoir une très faible impédance. La série R va être importante. Le rx doit être une impédance d'entrée très élevée ou vous obtenez un diviseur de tension. Il captera le bruit de manière capacitive et sera susceptible d'être endommagé. Le bruit injecté de manière capacitive circule via RSource et vous obtenez des tensions différentielles au niveau du récepteur.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Dans le cas de la signalisation à haute fréquence (par exemple vidéo)

La boucle de courant a une tension essentiellement constante des deux côtés du câble. Par conséquent, la capacité à travers le câble ne fait passer aucun courant et n'a aucun effet. Le signal est insensible au câble C et insensible au C supplémentaire ajouté pour se protéger du bruit et des émis. Beaucoup moins d'énergie est utilisée car il n'est pas nécessaire de conduire le C.

En ce qui me concerne, ce sont les deux principales raisons de choisir les boucles actuelles dans plusieurs cas:

• Vous ne vous souciez pas de la longueur / résistance de vos fils. Vous pouvez changer un fil de 3 m en 50 m, en changeant sa résistance, le signal sera le même (tant que la source peut fournir suffisamment de tension / puissance, bien sûr).
• Vous pouvez détecter les dommages et les pannes. Si vous obtenez 0mA, votre capteur ou votre fil est cassé. Avec des boucles de tension, ce n'est pas si facile à comprendre.

À propos d'EMI, cela n'affectera pas la plupart du temps. EMI arrive généralement à des fréquences (très) élevées, bien plus rapidement que votre signal change, vous pouvez donc le filtrer.

En outre, il semble que cela soit lié aux anciens systèmes de commandes pneumatiques, où la gamme 3-15psi était utilisée.

Une autre chose à retenir concernant les signaux analogiques est la possibilité d'intégrer ensuite le protocole de communication HART. HART (Highway Addressable Remote Transmitter) est un signal numérique qui est superposé au signal analogique permettant d'envoyer des informations supplémentaires via le même câblage. La plupart des instruments industriels intelligents fonctionnent aujourd'hui avec la capacité HART. Les avantages sont donc bien plus importants que la simple chute de tension et l'EMI.