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變送器接線(2-4線制之間的區別)

來源:無錫徽科特測控技術有限公司   2013年05月14日 14:03  

 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。否則熱電偶配毫伏計測量溫度可稱為是兩線制的*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zui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-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-型電動單元組合儀表,并采用電工委員會(IEC):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:
 
    1V≤Emin-ImaxRLmax
 
    變送器的輸出端電壓V等于規定的zui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. PImin(Emin-IminRLmax)
 
    變送器的zui小消耗功率P不能超過上式,通常<90mW
 
式中:Emin=zui低電源電壓,對多數儀表而言Emin=24(1-5%)=22.8V,5%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zui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。
 
 
                    圖一     兩線制變送器接線示意圖    
 
       由于4-20mA.DC(1-5V.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mAmV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。
 
 
                          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mAmV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。
 
 
                         圖三      三線制變送器接線示意圖  
 
     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。
 
  
 
    zui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。
 
    如果想將兩線制改為四線制,根本沒有必要,再者這是一種技術上的倒退。

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