なぜ産業自動化における信号伝達は 0から20mAではなく 4mAから20mA または0から10Vを使っているのでしょうか?

これはランダムに選ばれたものではありません。エンジニアが数十年にわたってまとめた最良の選択肢です。

第一に。

4mAは「ライブゼロ」であり、「機器が故障している」のか「データが0」なのかを区別できます。

0mAを最小値（例えば、温度0℃）を表すのに使用すると、断線も0mAになり、実際に0℃を測定しても0mAになります。機器が故障しているのか、データが本当に0なのか、区別する方法がありません！

したがって、4mA = センサーは「正常に動作しており、値は最小値」です。3.6mA未満 = 異常、断線、短絡；

20.5mA以上 = 過負荷または測定範囲外の可能性があります。

これは、電圧信号（0-5V）では実現できない「故障検出能力」です。

第二に。

電流伝送に対する耐干渉性があり、長距離でも良好に機能します。

工場や建物などの産業現場では、配線が数百メートルになることもよくあります。電圧信号（0-5Vなど）は干渉や電圧降下を起こしやすくなりますが、電流信号は線長の増加に伴って減少しません。回路が閉じている限り、電流は一定に保たれます。

したがって、4-20mAは電圧信号よりもはるかに信頼性が高いです。

第三に。

測定+電源供給のための1本のワイヤー

多くの現場センサーは「4〜20mA」電流によって電力が供給され、追加の電源ケーブルは必要ありません。例えば、圧力トランスミッタ、温度トランスミッタなどは、回路から直接電力を引き出し、〜20mAを使用してデータを送信します。これにより配線が簡素化され、危険な場所や長距離のシナリオで特に重要です。

そして最後に。

低電流消費電力で、本質安全防爆のシナリオに適しています。

4-20mAの総消費電力は非常に低く（最大24V×20mA = 0.48W）、石油化学プラントなどの防爆シナリオでの使用に適しています。電圧システムは火花を発生しやすく、リスク要因が増加します。

4-20mA回路は、産業分野で最も古典的なアナログ信号標準です。干渉に強く、電源線を節約し、故障検出を可能にし、安全で安定しています。

4mAの開始点は、機器が正常に機能しているかどうかを識別できるようにし、数十年の経験に基づいた最良の選択肢です。