儀表的(de)兩線制、三線制、四線制

我們討(tǎo)論的(de)兩線制、三線制、四線制，是指各種輸出爲模拟直流電流信号的(de)變送器，其工作原理(lǐ)和(hé)結構上的(de)區(qū)别，而并非隻指變送器的(de)接線形式。否則熱(rè)電偶配毫伏計測量溫度可(kě)稱爲是兩線制的(de)鼻祖了(le)!

幾線制的(de)稱謂，是在兩線制變送器誕生後才有的(de)。這(zhè)是電子放大(dà)器在儀表中廣泛應用(yòng)的(de)結果，放大(dà)的(de)本質就是一種能量轉換過程，這(zhè)就離不開供電。因此最先出現的(de)是四線制的(de)變送器；即兩根線負責電源的(de)供應，另外兩根線負責輸出被轉換放大(dà)的(de)信号(如電壓、電流、等)。DDZ-Ⅱ型電動單元組合儀表的(de)出現，供電爲220V.AC，輸出信号爲0--10mA.DC的(de)四線制變送器得(de)到了(le)廣泛的(de)應用(yòng),目前在有些工廠還(hái)可(kě)見到它的(de)身影(yǐng)。

七十年代我國開始生産DDZ-Ⅲ型電動單元組合儀表，并采用(yòng)國際電工委員(yuán)會(IEC)的(de):過程控制系統用(yòng)模拟信号标準。即儀表傳輸信号采用(yòng)4-20mA.DC,聯絡信号采用(yòng)1-5V.DC，即采用(yòng)電流傳輸、電壓接收的(de)信号系統。采用(yòng)4-20mA.DC信号，現場(chǎng)儀表就可(kě)實現兩線制。但限于條件，當時(shí)兩線制僅在壓力、差壓變送器上采用(yòng)，溫度變送器等仍采用(yòng)四線制。現在國内兩線制變送器的(de)産品範圍也(yě)大(dà)大(dà)擴展了(le)，應用(yòng)領域也(yě)越來(lái)越多(duō)。同時(shí)從國外進來(lái)的(de)變送器也(yě)是兩線制的(de)居多(duō)。


因爲要實現兩線制變送器必須同時(shí)滿足以下(xià)條件:

1．V≤Emin-ImaxRLmax

變送器的(de)輸出端電壓V等于規定的(de)最低電源電壓減去電流在負載電阻和(hé)傳輸導線電阻上的(de)壓降。

2. I≤Imin

變送器的(de)正常工作電流I必須小于或等于變送器的(de)輸出電流。

3. P＜Imin(Emin-IminRLmax)

變送器的(de)最小消耗功率P不能超過上式,通(tōng)常＜90mW。

式中:Emin=最低電源電壓，對(duì)多(duō)數儀表而言Emin=24(1-5%)=22.8V,5%爲24V電源允許的(de)負向變化(huà)量；

Imax="20mA"；

Imin="4mA"；

RLmax="250"Ω+傳輸導線電阻。

如果變送器在設計上滿足了(le)上述的(de)三個(gè)條件，就可(kě)實現兩線制傳輸。所謂兩線制即電源、負載串聯在一起，有一公共點，而現場(chǎng)變送器與控制室儀表之間的(de)信号聯絡及供電僅用(yòng)兩根電線，這(zhè)兩根電線既是電源線又是信号線。兩線制變送器由于信号起點電流爲4mA.DC，爲變送器提供了(le)靜态工作電流，同時(shí)儀表電氣零點爲4mA.DC，不與機械零點重合，這(zhè)種“活零點”有利于識别斷電和(hé)斷線等故障。而且兩線制還(hái)便于使用(yòng)安全栅,利于安全防爆。

兩線制變送器如圖一所示，其供電爲24V.DC，輸出信号爲4-20mA.DC，負載電阻爲250Ω，24V電源的(de)負線電位最低，它就是信号公共線，對(duì)于智能變送器還(hái)可(kě)在4-20mA.DC信号上加載HART協議(yì)的(de)FSK鍵控信号。





圖一 兩線制變送器接線示意圖


由于4-20mA.DC(1-5V.DC)信号制的(de)普及和(hé)應用(yòng)，在控制系統應用(yòng)中爲了(le)便于連接，就要求信号制的(de)統一，爲此要求一些非電動單元組合的(de)儀表，如在線分(fēn)析、機械量、電量等儀表，能采用(yòng)輸出爲4-20mA.DC信号制，但是由于其轉換電路複雜(zá)、功耗大(dà)等原因，難于全部滿足上述的(de)三個(gè)條件，而無法做(zuò)到兩線制，就隻能采用(yòng)外接電源的(de)方法來(lái)做(zuò)輸出爲4-20mA.DC的(de)四線制變送器了(le)。

四線制變送器如圖二所示，其供電大(dà)多(duō)爲220V.AC，也(yě)有供電爲24V.DC的(de)。輸出信号有4-20mA.DC，負載電阻爲250Ω，或者0-10mA.DC，負載電阻爲0-1.5KΩ；有的(de)還(hái)有mA和(hé)mV信号，但負載電阻或輸入電阻，因輸出電路形式不同而數值有所不同。




圖二 四線制變送器接線示意圖


有的(de)儀表廠爲了(le)減小變送器的(de)體積和(hé)重量、并提高(gāo)抗幹擾性能、減化(huà)接線，而把變送器的(de)供電由220V.AC改爲低壓直流供電，如電源從24V.DC電源箱取用(yòng)，由于低壓供電就爲負線共用(yòng)創造了(le)條件，這(zhè)樣就有了(le)三線制的(de)變送器産品。

三線制變送器如圖三所示，所謂三線制就是電源正端用(yòng)一根線，信号輸出正端用(yòng)一根線，電源負端和(hé)信号負端共用(yòng)一根線。其供電大(dà)多(duō)爲24V.DC，輸出信号有4-20mA.DC，負載電阻爲250Ω或者0-10mA.DC，負載電阻爲0-1.5KΩ；有的(de)還(hái)有mA和(hé)mV信号，但負載電阻或輸入電阻，因輸出電路形式不同而數值有所不同。





圖三 三線制變送器接線示意圖


以上三個(gè)圖中，輸入接收儀表的(de)是電流信号，如将電阻RL并聯接入時(shí)，則接收的(de)就是電壓信号了(le)。

從上面叙述可(kě)看出，由于各種變送器的(de)工作原理(lǐ)和(hé)結構不同，從而出現了(le)不同的(de)産品，也(yě)就決定了(le)變送器的(de)兩線制、三線制、四線制接線形式。對(duì)于用(yòng)戶而言，選型時(shí)應根據本單位的(de)實際情況，如信号制的(de)統一、防爆要求、接收設備的(de)要求、投資等問題來(lái)綜合考慮選擇。

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