อุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์

        อุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ สามารถเขียนเป็นวงจรกระแสอย่างง่ายได้ดังรูปที่ 2 ซึ่งจะมีแหล่งจ่ายกระแสตามอุดมคติของนอร์ตันซึ่งประกอบไปด้วยแหล่งจ่ายกระแส (I_SIGNAL) และความต้านทาน (R_SIGNAL) มีความต้านทานของสายสัญญาณ (R_LINE) และแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน (N_NOISE) สำหรับใช้แทนสัญญาณรบกวนที่ถูกเหนี่ยวนำมาจากส่วนอื่นๆ สำหรับวงจรกระแสในรูปที่ 2 จะมีความต้านทาน (R_LOAD) ต่ออนุกรมกับวงจรกระแสนี้ 2 ค่า คือ ความต้านทานของชุดอินพุตของระบบควบคุม (R_CONTROLLER) และความต้านทานของชุดแสดงผล (R_DISPLAY) โดยวงจรนี้จะถูกจ่ายพลังงานด้วยแหล่งจ่ายแรงดันที่ 24 VDC

รูปที่ 2 วงจรกระแสอย่างง่าย

• สัญญาณแรงดันที่โหลดใดๆจะมีค่าเท่ากับ (I_SIGNAL) * (R_LOAD) ซึ่งจะเป็นอิสระต่อแหล่งจ่ายแรงดันและความต้านทานของสายไฟซึ่งอาจจะมีการเปลี่ยนแปลงความยาวได้ในการติดตั้ง
• สัญญาณรบกวนที่โหลดใดๆจะมีค่าลดลงด้วยตัวแปรดังนี้ (R_LOAD) / (S_{UM RLOAD} + R_LINE + R_SIGNAL) ดังตัวอย่างที่แสดงต่อไปนี้ เมื่อมีแรงดันสัญญาณรบกวนเกิดขึ้นเป็น 15 โวลต์ จะทำให้เกิดแรงดันที่อินพุตของชุดควบคุมเป็น 0.75 มิลลิโวลต์ 500 (15 / 10E6 +10 + 250 + 500) และสัญญาณแรงดันต็มย่าน (Full Scale) ที่อินพุตของระบบจะมีค่าเป็น 10 โวลต์ (20 มิลลิโวลต์ * 500 โอห์ม) และสัญญาณแรงดันจะมีค่ารบกวน 0.75 มิลลิโวลต์ จะทำให้เกิดความผิดพลาดที่อินพุตของระบบควบคุมเป็น 0.075 %
• สามารถต่อโหลดความต้านทานได้หลายตัวโดยการต่ออนุกรมเข้าไปกับวงจรกระแส เช่น ระบบควบคุม, ชุดแสดงผลหรือบันทึกข้อมูล เป็นต้น แต่เมื่อทำการต่อโหลดหลายตัวเข้าไปในวงจร จะเป็นผลทำให้แรงดันที่ขั้วของอุปกรณ์การวัดมีค่าลดง จนเป็นสาเหตุทำให้อุปกรณ์การวัดไม่สามารถทำงานได้ ดังตัวอย่างในรูปที่ 2 แรงดันที่ขั้วของอุปกรณ์การวัดที่สัญญาณกระแสเป็น 20 มิลลิแอมป์ จะมีค่าเท่ากับ 24 โวลต์ - 760 โอห์ม x 20 มิลลิแอมป์ =   24 - 15.2 = 8.8 โวลต์ ดังนั้นอุปกรณ์การวัดที่นำมาใช้งานจะต้องทำงานได้ที่แรงดันที่ขั้วต่ำสุด (Minimum Working Voltage) เป็น 8.8 โวลต์ เพราะไม่เช่นนั้นแล้วอุปกรณ์การวัดจะไม่สามารถทำงานได้ที่สัญญาณกระแสเต็มย่านการวัดหรือไม่สามารถอ่านค่าการวัดได้เต็มย่านที่ต้องการ
• ต่อไปนี้เป็นการแสดงตัวอย่างรายละเอียดวงจรภายในพื้นฐานของอุปกรณ์การวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 วงจรภายในพื้นฐานของอุปกรณ์การวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์

จากรูปที่ 3 สามารถแสดงรายละเอียดของวงจรภายในพื้นฐานของแต่ละส่วนได้ดังนี้

• วงจรอินพุตจะใช้ในการเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ชนิดต่างๆ เช่น เทอร์โมคับเปิ้ล, RTD, แหล่งกำเนิดสัญญาณแรงดันหรือกระแส เป็นต้น ในส่วนนี้จะมีวงจรในการปรับความเป็นเชิงเส้น (Linearization) และฟังก์ชั่นการคำนวณต่างๆ
• แหล่งจ่ายพลังงานจะใช้สำหรับจ่ายพลังงานที่ต้องการภายในอุปกรณ์
• วงจรเอาต์พุตจะใช้วงจรในการแปลงสัญญาณเพื่อเป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณ 4-20 มิลลิแอมป์ ให้กับลูปกระแสที่จุดเอาต์พุตของอุปกรณ์การวัด