兩線制 三線制 四線制的原理及其區別
所謂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的變送器其工作原理和結構上的區別而并非只指變送器的接線形式
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用的結果放大的本質就是一種能量轉換過程這就離不開供電因此最先出現的是四線制的變送器即兩根線負責電源的供應另外兩根線負責輸出被轉換放大的信號如電壓電流等ddz-ⅱ型電動單元組合儀表的出現供電為220v.ac輸出信號為0--10ma.dc的四線制變送器得到了廣泛的應用,目前在有些工廠還可見到它的身影
七十年代我國開始生產ddz-ⅲ型電動單元組合儀表并采用國際電工委員會iec的:過程控制系統用模擬信號標準即儀表傳輸信號采用4-20ma.dc,聯絡信號采用1-5v.dc即采用電流傳輸電壓接收的信號系統采用4-20ma.dc信號現場儀表就可實現兩線制但限于條件當時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在國內兩線制變送器的產品范圍也大大擴展了應用領域也越來越多同時從國外進來的變送器也是兩線制的居多
因為要實現兩線制變送器必須同時滿足以下條件:
1．v≤emin-imaxrlmax
變送器的輸出端電壓v等于規定的最低電源電壓減去電流在負載電阻和傳輸導線電阻上的壓降
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＜iminemin-iminrlmax
變送器的最小消耗功率p不能超過上式,通常＜90mw
式中:emin=最低電源電壓對多數儀表而言emin=241-5%=22.8v,5%為24v電源允許的負向變化量
imax=20ma
imin=4ma
rlmax=250ω+傳輸導線電阻
如果變送器在設計上滿足了上述的三個條件就可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變送器與控制室儀表之間的信號聯絡及供電僅用兩根電線這兩根電線既是電源線又是信號線兩線制變送器由于信號起點電流為4ma.dc為變送器提供了靜態工作電流同時儀表電氣零點為4ma.dc不與機械零點重合這種活零點有利于識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輸出信號為4-20ma.dc負載電阻為250ω24v電源的負線電位最低它就是信號公共線對于智能變送器還可在4-20ma.dc信號上加載hart協議的fsk鍵控信號
兩線制變送器接線示意圖
點擊此處查看全部新聞圖片
由于4-20ma.dc1-5v.dc信號制的普及和應用在控制系統應用中為了便于連接就要求信號制的統一為此要求一些非電動單元組合的儀表如在線分析機械量電量等儀表能采用輸出為4-20ma.dc信號制但是由于其轉換電路復雜功耗大等原因難于全部滿足上述的三個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的輸出信號有4-20ma.dc負載電阻為250ω或者0-10ma.dc負載電阻為0-1.5kω有的還有ma和mv信號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
四線制變送器接線示意圖
點擊此處查看全部新聞圖片
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線共用創造了條件這樣就有了三線制的變送器產品
｜
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輸出正端用一根線電源負端和信號負端共用一根線其供電大多為24v.dc輸出信號有4-20ma.dc負載電阻為250ω或者0-10ma.dc負載電阻為0-1.5kω有的還有ma和mv信號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
三線制變送器接線示意圖
點擊此處查看全部新聞圖片
以上三個圖中輸入接收儀表的是電流信號如將電阻rl并聯接入時則接收的就是電壓信號了
從上面敘述可看出由于各種變送器的工作原理和結構不同從而出現了不同的產品也就決定了變送器的兩線制三線制四線制接線形式對于用戶而言選型時應根據本單位的實際情況如信號制的統一防爆要求接收設備的要求投資等問題來綜合考慮選擇
要指出的是三線制和四線制變送器輸出的4-20ma.dc信號由于其輸出電路原理及結構與兩線制的是不一樣的因此在應用中其輸出負端能否和24v電源的負線相接?能否共地?這是要注意的必要時可采取隔離措施如用配電器安全柵等以便和其它儀表共電共地及避免附加干擾的產生
最后談談兩線制改四線制四線制改兩線制的問題
從上述可知各種線制變送器都能存在那總是有存在的理由否則就不會有那么多的線制了由用戶來改動線制是很困難的再者實際意義也不大
如果要把傳輸信號為0-10ma.dc的四線制變送器改為兩線制首先遇到的問題就是其起始電流為零在電流為零狀態下變送器的電子放大器是無法建立工作點的因此將難于正常工作如果用直流電源并保證儀表原來的恒流特性當變送器在負載電阻為0-1.5kω時與其串聯的反饋動圈電阻2kω左右當輸出為10ma時這兩部分的電壓降將大于24v,也就是說用24v.dc供電負載為0-1.5kω時要保證恒流特性是不可能的也就談不上用兩線制傳輸了
70年代曾有儀表廠做過把0-10ma.dc的四線制變送器改為兩線制變送器的工作具體做法是:對原來的變送器電路進行改進并將供電電壓提高至48v.dc但變送器的起始電流仍不能為零為此采用負向電流來抵消負載電阻上的起始輸出4ma的電流但這樣的產品也沒有能得到推廣和應用
