电压信号和电流信号有什么区别？
有点意思的问题，可以看出题主对电压信号与电流信号在概念上有些模糊。既然如此，我们就从最简单最基本的温度测控和控制谈起吧。 我们来看下图： 图中左侧有一个受控对象，它的下方有加热器。受控对象内安装了热电阻测温，温度信号经过变送器变换后输送给测控装置。测控装置根据温度变化情况，通过执行机构控制加热器对受控对象加热或者保温。 我们知道电阻R的表达式为： R=\rho_{0}(1+\alpha\theta )\frac{L}{S} 。这里的R是热电阻阻值，而 \alpha 是热电阻温度系数， \theta 是温度，L是热电阻元件的长度，S是热电阻元件的截面积。 我们看到，热电阻阻值R与温度有关系，我们利用电阻R的值来测量出受控对象的温度。但热电阻R与温度 \theta 间存在非线性，所以温度变送器内部会有线性化处理电路，使得温度变送器的输出信号与温度之间存在线性化关系。 我们不妨设温度变送器的温度测量范围是0度到200度，而温度变送器的输出信号是电压信号，范围是0到10V。于是有： 当温度为0时，温度变送器输出电压信号是0V；当温度为100度时，温度变送器输出电压信号是5V；当温度为200度时，温度变送器输出电压信号是10V。 我们看下图： 图中用一条双芯电缆把温度变送器输出的电压信号传送给远方的测控装置。我们已经知道导线始端的电压是0~10V，如果导线很长，导线本身存在电阻，它会产生压降，那么导线的终端电压还会保持0~10V吗？其次，电缆中若存在干扰信号，电缆终端的电压也会受到影响。 显然，导线越长，导线终端的电压值偏差也就越大，测控装置通过模数转换得到的温度值误差也越大。这就是电压信号在传递过程中的不足之处。 为了解决电压信号在传输过程中出现的问题，人们提出了用电流信号来取代电压信号的方法。 我们设想热电阻温度变送器的输出为电流源电路。当温度为0度时，电流源输出4毫安的电流；当温度为100度时，电流源输出12毫安电流；当温度为200度时，电流源输出20毫安电流。 由于电流源输出的电流只与实际测量的温度值有关，与传输导线的电阻无关，与负载阻抗（负载电阻）基本无关。如此一来，线路长度造成的误差就基本消除了。 我们看下图： 图中的上部是电压信号传递。我们看到传输线连接了信号源和负载端，并且有：U_Z\leq U_0 。如果考虑到干扰信号（电压信号）的叠加，则电缆末端的电压变化就更加复杂。反观下图的电流信号传递，尽管线路中依然存在线路电阻，但信号电流 I_0 基本恒定，干扰信号（电压信号）几乎没有影响。 虽然电流信号传输比电压信号传输稳定得多，但要注意到一个事实：信号源的电压比较高。这是电流源的特征：由戴维南原理我们很容易推得这个结论。 我们来看下图： 图中的晶体管是PNP类型的，并且是共基极接法。当它的基极电压受传感器被采集参数的影响固定后，我们减去0.6V就得到发射极E的电压，显然，E点的电压也是固定的。我们用（Ec-Ue）/Re，就得到晶体管的发射极电流，或者T的集电极电流。此集电极电流就是电流信号的具体值。 我们看到，T的集电极电流与后续的导线线路电阻Rx无关，与负载输入电阻Rfz亦无关，由此确保了信号的稳定性和准确性。 以上就是电流信号更优于电压信号的根本原因。 我们看ABB的某款PLC的输入输出信息： 我们看到其中既有0~10V的电压信号，也有4~20mA的电流信号。 不管是电压信号还是电流信号，它们在工控数据传输中都被叫做模拟量数据。模拟量数据在工控中运用极广，可以说是无所不在。例如温度、流量、压力、液位、位置等模拟量，它们的信号类型不是标准0~10V电压信号就是标准4~20mA电流信号。 有意思的是，自从现场总线出现后，人们都认为模拟量数据传输会被现场总线技术给淘汰掉。但几十年过去了，模拟量特别是电流量信号传输不但没有被淘汰，反而更加发展起来了。模拟量数据传输的稳定性和可靠性远高于现场总线。可见，模拟量信号的传输和控制还是很有发展前景的。