Ohjausvirtapiireissä

Ohjausvirtapiireissä tarkoitetaan järjestelmiä, joissa ohjaus- tai mittaussignaali välitetään virran muodossa. Yleisimmällä 4–20 mA -alueella signaali kulkee teollisuusautomaation kenttälaitteiden, kuten sensoreiden ja toimilaitteiden, välillä. Virtapiiriin kuuluu yleensä virtalähde, laitteen muunnin tai sensori sekä vastaanotin, joka muuntaa virran jännitteeksi tai käyttää sitä säätöarvona.

Periaate perustuu siihen, että virta pysyy käytännössä vakaana varustellussa silmukassa, jolloin johtojen pituus ja jännitehäviöt eivät liikaa vaikuta signaaliin. Minimiarvo (yleensä 4 mA) vastaa alinta mittausarvoa tai nollatilannetta, maksimiarvo (20 mA) vastaa suurinta mittausarvoa. Kaksi- ja kolmijohtimiset konfiguraatiot ovat yleisiä: kaksinapainen (loop-powered) laite saa sekä virran että energian samasta virtalähteestä, kun taas kolmisäätöisessä järjestelmässä on erillinen virtalähde.

Komponenteihin kuuluvat muun muassa loop-transmitterit (anturi tai säätölaite, joka muuntaa fysikaalisen muuttujan virraksi), vastaanotin tai näytölaite sekä tarvittaessa suojaukset, shunt-resistori ja eristimet. Monissa järjestelmissä voidaan käyttää digitaalisia lisäominaisuuksia, kuten HART- tai muita päällekkäisiä protokollia.

Edut ovat korkea häiriönsietokyky, hyvä maadoitus ja mahdollisuus pitkäaikaiseen signaalinsiirtoon ilman suuria jännitehäviöitä. Haasteina ovat erityisesti silmukan jännitteiden hallinta, vikojen havaitseminen ja kalibrointi sekä tarve määritellä oikeat komponentit kuormituksen ja etäisyyden mukaan.

Sovelluksia ovat prosessinohjaus, teolliset mittaukset ja toimilaitteiden säätö, esimerkiksi paine-, lämpötila- ja virta-antureissa. 4–20 mA -virta-alue on teollisuusstandardi; digitaalinen lisätieto voidaan tarvittaessa iteratiivisesti modulaatioina päälle.