儀表的兩線制、三線制、四線制

我們討論的兩線制、三線制、四線制，是指各種輸出為模擬直流電流信號(hào)的變送器，其工作原理和結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，而并非只指變送器的接線形式。否則熱電偶配毫伏計(jì)測(cè)量溫度可稱為是兩線制的鼻祖了!

幾線制的稱謂，是在兩線制變送器誕生后才有的。這是電子放大器在儀表中廣泛應(yīng)用的結(jié)果，放大的本質(zhì)就是一種能量轉(zhuǎn)換過程，這就離不開供電。因此最先出現(xiàn)的是四線制的變送器；即兩根線負(fù)責(zé)電源的供應(yīng)，另外兩根線負(fù)責(zé)輸出被轉(zhuǎn)換放大的信號(hào)(如電壓、電流、等)。DDZ-Ⅱ型電動(dòng)單元組合儀表的出現(xiàn)，供電為220V.AC，輸出信號(hào)為0--10mA.DC的四線制變送器得到了廣泛的應(yīng)用,目前在有些工廠還可見到它的身影。

七十年代我國(guó)開始生產(chǎn)DDZ-Ⅲ型電動(dòng)單元組合儀表，并采用國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的:過程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。即儀表傳輸信號(hào)采用4-20mA.DC,聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號(hào)系統(tǒng)。采用4-20mA.DC信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)儀表就可實(shí)現(xiàn)兩線制。但限于條件，當(dāng)時(shí)兩線制僅在壓力、差壓變送器上采用，溫度變送器等仍采用四線制。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)兩線制變送器的產(chǎn)品范圍也大大擴(kuò)展了，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越多。同時(shí)從國(guó)外進(jìn)來的變送器也是兩線制的居多。


因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)兩線制變送器必須同時(shí)滿足以下條件:

1．V≤Emin-ImaxRLmax

變送器的輸出端電壓V等于規(guī)定的最低電源電壓減去電流在負(fù)載電阻和傳輸導(dǎo)線電阻上的壓降。

2. I≤Imin

變送器的正常工作電流I必須小于或等于變送器的輸出電流。

3. P＜Imin(Emin-IminRLmax)

變送器的最小消耗功率P不能超過上式,通常＜90mW。

式中:Emin=最低電源電壓，對(duì)多數(shù)儀表而言Emin=24(1-5%)=22.8V,5%為24V電源允許的負(fù)向變化量；

Imax="20mA"；

Imin="4mA"；

RLmax="250"Ω+傳輸導(dǎo)線電阻。

如果變送器在設(shè)計(jì)上滿足了上述的三個(gè)條件，就可實(shí)現(xiàn)兩線制傳輸。所謂兩線制即電源、負(fù)載串聯(lián)在一起，有一公共點(diǎn)，而現(xiàn)場(chǎng)變送器與控制室儀表之間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線，這兩根電線既是電源線又是信號(hào)線。兩線制變送器由于信號(hào)起點(diǎn)電流為4mA.DC，為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC，不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)”有利于識(shí)別斷電和斷線等故障。而且兩線制還便于使用安全柵,利于安全防爆。

兩線制變送器如圖一所示，其供電為24V.DC，輸出信號(hào)為4-20mA.DC，負(fù)載電阻為250Ω，24V電源的負(fù)線電位最低，它就是信號(hào)公共線，對(duì)于智能變送器還可在4-20mA.DC信號(hào)上加載HART協(xié)議的FSK鍵控信號(hào)。





圖一 兩線制變送器接線示意圖


由于4-20mA.DC(1-5V.DC)信號(hào)制的普及和應(yīng)用，在控制系統(tǒng)應(yīng)用中為了便于連接，就要求信號(hào)制的統(tǒng)一，為此要求一些非電動(dòng)單元組合的儀表，如在線分析、機(jī)械量、電量等儀表，能采用輸出為4-20mA.DC信號(hào)制，但是由于其轉(zhuǎn)換電路復(fù)雜、功耗大等原因，難于全部滿足上述的三個(gè)條件，而無法做到兩線制，就只能采用外接電源的方法來做輸出為4-20mA.DC的四線制變送器了。

四線制變送器如圖二所示，其供電大多為220V.AC，也有供電為24V.DC的。輸出信號(hào)有4-20mA.DC，負(fù)載電阻為250Ω，或者0-10mA.DC，負(fù)載電阻為0-1.5KΩ；有的還有mA和mV信號(hào)，但負(fù)載電阻或輸入電阻，因輸出電路形式不同而數(shù)值有所不同。




圖二 四線制變送器接線示意圖


有的儀表廠為了減小變送器的體積和重量、并提高抗干擾性能、減化接線，而把變送器的供電由220V.AC改為低壓直流供電，如電源從24V.DC電源箱取用，由于低壓供電就為負(fù)線共用創(chuàng)造了條件，這樣就有了三線制的變送器產(chǎn)品。

三線制變送器如圖三所示，所謂三線制就是電源正端用一根線，信號(hào)輸出正端用一根線，電源負(fù)端和信號(hào)負(fù)端共用一根線。其供電大多為24V.DC，輸出信號(hào)有4-20mA.DC，負(fù)載電阻為250Ω或者0-10mA.DC，負(fù)載電阻為0-1.5KΩ；有的還有mA和mV信號(hào)，但負(fù)載電阻或輸入電阻，因輸出電路形式不同而數(shù)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，輸入接收儀表的是電流信號(hào)，如將電阻RL并聯(lián)接入時(shí)，則接收的就是電壓信號(hào)了。

從上面敘述可看出，由于各種變送器的工作原理和結(jié)構(gòu)不同，從而出現(xiàn)了不同的產(chǎn)品，也就決定了變送器的兩線制、三線制、四線制接線形式。對(duì)于用戶而言，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)本單位的實(shí)際情況，如信號(hào)制的統(tǒng)一、防爆要求、接收設(shè)備的要求、投資等問題來綜合考慮選擇。

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