4–20mA·0–10V 신호 차이

산업용 센서나 압력 트랜스미터, 온도 트랜스미터, 유량계, PLC 아날로그 입력 사양을 보면 4–20mA와 0–10V라는 표기를 자주 볼 수 있습니다.

두 방식 모두 센서가 측정한 값을 PLC나 컨트롤러에 전달하는 아날로그 신호이지만, 하나는 전류를 이용하고 다른 하나는 전압을 이용한다는 차이가 있습니다.

가장 간단하게 보면

4–20mA = 전류 신호

0–10V = 전압 신호

입니다.

일반적으로 4–20mA는 장거리 배선과 산업현장에 유리하고, 0–10V는 비교적 짧은 거리의 장비 내부나 빌딩 자동화 등에서 간단하게 사용하기 좋습니다. IEC 60381도 직류 전류 신호와 직류 전압 신호를 별도의 규격으로 구분하고 있습니다.

4–20mA 신호란?

4–20mA는 측정값을 4mA에서 20mA 사이의 전류로 변환해 전달하는 방식입니다.

예를 들어 압력센서의 측정범위가

0~10 bar

라면 일반적으로

0 bar = 4mA

5 bar = 12mA

10 bar = 20mA

처럼 대응시킬 수 있습니다.

즉 4mA가 측정범위의 0%, 20mA가 100%를 의미합니다.

NI도 4–20mA 루프에서 4mA를 Live Zero, 20mA를 최대 측정신호로 설명합니다.

0–10V 신호란?

0–10V는 측정값을 0V에서 10V 사이의 전압으로 변환해 전송하는 방식입니다.

같은 0~10 bar 압력센서를 예로 들면

0 bar = 0V

5 bar = 5V

10 bar = 10V

가 됩니다.

따라서 PLC의 아날로그 입력에서는 들어오는 전압을 읽어 다시 실제 압력이나 온도 등의 값으로 환산합니다.

IEC 60381-2는 산업 공정 측정·제어시스템에서 사용하는 아날로그 직류 전압신호를 다루며, 전압신호가 장거리 전송용을 목적으로 한 것은 아니라고 설명합니다.

4–20mA와 0–10V 기본 차이

구분	4–20mA	0–10V
신호 종류	전류	전압
최소값	4mA	0V
최대값	20mA	10V
장거리 전송	유리	상대적으로 불리
배선저항 영향	비교적 작음	상대적으로 큼
노이즈 영향	비교적 강함	상대적으로 민감
단선 판별	쉬움	어려울 수 있음
대표 용도	공정계측·산업설비	기계 내부·HVAC·제어장치

따라서 두 방식 중 어느 것이 더 좋은 것이 아니라 배선거리와 사용환경에 따라 적합한 방식이 달라집니다.

4–20mA가 장거리 전송에 유리한 이유

전선에는 항상 어느 정도의 저항이 존재합니다.

전압신호에서는 전선 저항과 부하 때문에 전압강하가 발생하면 수신측에서 측정하는 전압값에 영향을 줄 수 있습니다.

반면 4–20mA 전류루프는 직렬회로 내부에서 같은 전류가 흐르도록 트랜스미터가 전류를 조절합니다.

NI는 전류루프가 배선저항에 따른 전압강하 영향이 상대적으로 적고, 산업환경에서 긴 전송거리와 노이즈 내성에 유리하다고 설명합니다.

단, 배선저항의 영향이 완전히 없어지는 것은 아닙니다.

배선저항이 너무 커지면 루프를 유지하기 위해 필요한 전압이 증가하고, 전원과 트랜스미터가 제공할 수 있는 허용 루프전압 범위를 초과하면 정상적인 20mA 출력이 나오지 않을 수 있습니다.

왜 4mA부터 시작할까?

4–20mA에서 가장 중요한 특징 중 하나가 Live Zero입니다.

만약 측정범위를 0~20mA로 만들었다면

0mA = 실제 측정값 0%

인지

0mA = 케이블 단선

인지 쉽게 구분하기 어렵습니다.

하지만 4–20mA에서는 정상적인 측정 최저값이 4mA입니다.

따라서 전류가 0mA 근처까지 떨어졌다면 전원 이상이나 케이블 단선 등을 의심할 수 있습니다.

NI는 4mA를 정상 측정범위의 최소값으로 사용하기 때문에 0mA 상태를 루프 단선과 같은 이상상태와 구분할 수 있다고 설명합니다.

0–10V에서는 단선 판별이 어려운 이유

0–10V 방식에서는 정상 측정범위의 최소값 자체가 0V입니다.

따라서 PLC 입력에서 0V가 측정됐을 때

실제 센서값이 0%인지

신호선이 끊어진 것인지

센서 전원이 꺼진 것인지

단순 전압값만으로는 구분하기 어려울 수 있습니다.

이 때문에 일부 시스템에서는 0–10V 대신 2–10V 같은 Live Zero 방식의 전압신호를 사용하기도 합니다.

측정값은 어떻게 계산할까?

4–20mA 신호를 실제 값으로 변환할 때는 다음과 같은 계산식을 사용할 수 있습니다.

측정비율 = (측정전류 – 4) ÷ 16

예를 들어 0~100℃ 온도 트랜스미터에서 12mA가 측정됐다면

(12 – 4) ÷ 16 = 0.5

이므로

100 × 0.5 = 50℃

입니다.

즉

4mA = 0℃

12mA = 50℃

20mA = 100℃

가 됩니다.

0–10V 계산은 더 간단하다

같은 0~100℃ 센서에서 0–10V 출력을 사용한다면

측정비율 = 측정전압 ÷ 10

입니다.

예를 들어 7V가 들어오면

7 ÷ 10 = 0.7

이므로

100 × 0.7 = 70℃

입니다.

즉 선형센서라면 PLC에서 비교적 간단하게 값을 환산할 수 있습니다.

4–20mA는 2선식으로 사용할 수 있다

4–20mA의 또 다른 특징은 일부 트랜스미터에서 전원과 신호를 같은 두 가닥의 전선으로 사용할 수 있다는 점입니다.

이를 흔히 2-wire loop-powered transmitter라고 합니다.

구조를 단순화하면

24V 전원 → 트랜스미터 → PLC 전류입력 → 전원 복귀

형태로 하나의 직렬루프가 만들어집니다.

트랜스미터는 이 루프에 흐르는 4~20mA 전류를 조절하면서 동시에 그 전류를 이용해 자체 회로를 동작시킬 수 있습니다. NI도 4–20mA 방식에서 2선식 트랜스미터가 전원과 측정신호를 같은 배선으로 공유할 수 있다는 점을 설명합니다.

0–10V 센서는 몇 가닥을 사용할까?

0–10V 센서는 제품에 따라 다르지만 일반적으로

전원 +

0V 또는 GND

0–10V 출력

과 같이 3선식 구조를 많이 사용합니다.

센서에 별도로 전원을 공급하고, 출력단에서 0~10V 신호를 PLC에 보내는 방식입니다.

이때 PLC와 센서가 사용하는 기준전위(GND)가 제대로 연결되어야 합니다.

서로 다른 접지점 사이에 전위차가 발생하면 측정값에 오차가 생길 수 있습니다.

0–10V에서 입력 임피던스가 중요한 이유

전압 출력은 수신장치의 입력 임피던스에 영향을 받습니다.

PLC 아날로그 입력의 임피던스가 충분히 높으면 센서 출력에 큰 부하를 주지 않으므로 정확한 전압을 측정할 수 있습니다.

반대로 입력 임피던스가 지나치게 낮거나 여러 장치를 병렬로 연결하면 센서 출력에 부하가 증가해 출력전압이 달라질 수 있습니다.

따라서 0–10V 센서를 연결할 때는 데이터시트에서

Output load

Minimum load resistance

Input impedance

등을 확인하는 것이 중요합니다.

4–20mA 입력에는 부하저항이 있다

4–20mA 신호를 전압으로 읽기 위해 저항을 사용하는 경우가 있습니다.

예를 들어 250Ω 저항을 사용하면 옴의 법칙에 따라

4mA × 250Ω = 1V

20mA × 250Ω = 5V

가 됩니다.

즉 4–20mA를 1–5V 신호로 변환할 수 있습니다.

NI도 정밀 션트저항을 사용해 전류신호를 전압으로 변환한 뒤 측정하는 방식을 설명합니다.

하지만 저항값을 무조건 크게 만들 수는 없습니다.

저항이 커질수록 필요한 루프전압도 커지기 때문에 트랜스미터의 허용 부하조건을 확인해야 합니다.

24V 전원이라고 항상 정상 작동할까?

4–20mA 시스템에서 24V DC를 흔히 사용하지만 단순히 24V 전원이 있다고 해서 항상 정상동작하는 것은 아닙니다.

루프에서는

트랜스미터 최소 동작전압

PLC 입력의 부하저항

케이블 저항

아이솔레이터나 표시계의 전압강하

등을 모두 고려해야 합니다.

NI는 전원전압이 루프에 포함된 모든 구성요소의 전압강하를 합한 값보다 충분히 커야 한다고 설명합니다.

즉 장거리 4–20mA 배선에서는 Loop Load 계산이 중요합니다.

4–20mA가 항상 더 좋은 선택일까?

그렇지는 않습니다.

4–20mA는 장거리와 노이즈가 많은 공장환경에서 매우 유리하지만 시스템 구성이 조금 더 복잡할 수 있습니다.

반면 0–10V는 구조가 직관적이고 간단하며 비교적 짧은 거리에서는 충분히 안정적으로 사용할 수 있습니다.

예를 들어

공장 배관의 원격 압력트랜스미터 → 4–20mA

제어반 내부의 가까운 장치 → 0–10V

HVAC 댐퍼·밸브 제어 → 0–10V가 많이 사용되는 사례

처럼 적용환경이 달라질 수 있습니다.

IEC 60381-2도 직류 전압신호는 직류 전류신호와 달리 장거리 전송을 목적으로 하지 않는다고 명시합니다.

센서 출력과 PLC 입력을 반드시 맞춰야 한다

센서가 4–20mA 출력이라고 해서 PLC의 0–10V 단자에 그대로 연결하면 안 됩니다.

반대로 0–10V 센서를 4–20mA 입력에 연결해도 정상적인 측정이 되지 않습니다.

PLC 아날로그 모듈은 제품에 따라

0–10V

±10V

0–20mA

4–20mA

중 하나 또는 여러 방식을 설정할 수 있습니다.

따라서 배선하기 전에 반드시 센서 출력방식과 PLC 입력범위를 일치시켜야 합니다.

실제 데이터시트는 어떻게 읽을까?

예를 들어 압력트랜스미터 사양이

Measuring range: 0~16 bar
Output: 4–20mA
Supply: 10~30V DC

라고 되어 있다고 가정해보겠습니다.

이를 해석하면

0 bar → 4mA

8 bar → 약 12mA

16 bar → 20mA

가 됩니다.

반대로 동일한 센서가

Output: 0–10V

라면

0 bar → 0V

8 bar → 5V

16 bar → 10V

가 됩니다.

따라서 출력방식이 달라도 표현하는 물리량 자체는 같고, 전달하는 전기신호만 다릅니다.

정리

4–20mA와 0–10V는 산업현장에서 널리 사용하는 대표적인 아날로그 신호방식입니다.

핵심은 다음과 같습니다.

4–20mA = 전류 신호

0–10V = 전압 신호

4–20mA = 장거리·노이즈 환경에 유리

0–10V = 비교적 짧은 거리에서 간단하게 사용

또한 4–20mA에서는

4mA = 0%

12mA = 50%

20mA = 100%

이고,

0–10V에서는

0V = 0%

5V = 50%

10V = 100%

로 해석할 수 있습니다.

특히 4–20mA는 4mA라는 Live Zero 덕분에 0mA 상태를 단선이나 전원 이상과 구분하기 쉬운 장점이 있습니다.

실제 센서나 PLC를 선택할 때는 출력방식 → 측정범위 → 공급전압 → 배선거리 → PLC 입력방식 → 부하저항·입력 임피던스 → 절연 여부까지 함께 확인하는 것이 중요합니다.

공식 참고 규격: IEC 60381-1:1982는 산업 공정 측정·제어시스템의 직류 아날로그 전류신호, IEC 60381-2:1978은 직류 아날로그 전압신호를 다룹니다. IEC는 2026년 현재 두 문서를 국제표준으로 게시하고 있습니다.