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【自動制御】電流入力と電圧入力の使い分けは?

更新日:

センサーから調節計への信号は4-20mAが使われることが一般的です。ただ、調節計のタイプによれば4-20mAの電流入力ではなく1-5Vの電圧入力を求められることもあります。

今回は、電流信号を電圧信号に変換するためにはどうすればいいのか、そもそも電流信号と電圧信号はどう使い分ければいいのかについて書いてみたいと思います。

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1. 電流信号を電圧信号に変換する方法

4-20mAの電流信号を1-5Vの電圧信号に変換する方法は、回路内に250Ωの抵抗を入れるだけです。学生時代によく使ったオームの法則の式を考えると変換できる理由が分かります。

$$V=R×I$$

V:電圧[V]
R:抵抗[Ω]
I:電流[A]

ここでRに250Ω、電流に0.004A(4mA)を入れると電圧は1V、0.02A(20mA)を入れると電圧は5Vになります。

抵抗を入れるだけで電流入力は電圧に変換できるので本質的には同じ意味を示す信号という事になります。では、電流信号と電圧信号の違いは何でしょうか?

それぞれの信号の特徴を見てみます。

2. 電流信号の特徴

電流信号の特徴は次のようになります。

  • 電線が長くても減衰しない
  • 負荷を接続できる数が少ない
  • テスターで測定しにくい

電流は水の流量と同じで距離が長くなっても減衰することがありません。100L/minの水を流しているのに配管が長くなると出てくる量が減るってことはありませんよね?電流信号の場合は数百mという長い距離になっても減衰しにくいので長距離でやり取りをする場合には非常に便利です。

また、電流信号で入力する場合は性質上、負荷も3個程度に限定されてしまいます。テスターで電流を測定する場合も抵抗をかませたりしないといけないので電圧信号に比べて不便です。

電流を簡単に測定するには挟むだけでOKなクランプテスターがおすすめです。

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3. 電圧信号の特徴

電圧信号の特徴も上げてみます。

  • 電線が長いと減衰する
  • 負荷を接続できる数が多い
  • テスターで測定しやすい

電圧信号の場合は、圧力と同じで距離が長くなると減衰していきます。電圧信号で減衰しない距離は2~3m程度なので、制御盤ない程度の距離が限界です。

また、電圧の場合は回路上並列で負荷を設置できるので、電流信号の場合よりも負荷の数を増やすことができます。テスターで測定する場合も、測定したい2点にプラスとマイナスを当てるだけで測定できるので非常に楽です。

電圧測定のみのテスターは電流測定付きのものよりも安価で購入することができます。

4. まとめ

  • 電流信号は距離が長くても減衰しないけど電圧信号は減衰する
  • 電流信号は接続できる負荷が少なく、電圧信号は多い
  • 電流信号より電圧信号のほうがテスターで測定しやすい

電流信号と電圧信号はどっちがいいかは時と場合によって変わります。それぞれの利点を理解しながら使い分けていきましょう!



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