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儀表的兩線制、三線制、四線制

發(fā)布時間:2018-05-09
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文章來源:http://llllllll.com.cn

                       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測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(如電壓、電流、等)。DDZ-Ⅱ型電動單元組合儀表的出現(xiàn),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(yīng)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(chǎn)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(tǒng)用模擬信號標(biāo)準(zhǔn)。即儀表傳輸信號采用4-20mA.DC,聯(lián)絡(luò)信號采用1-5V.DC,即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。采用4-20mA.DC信號,現(xiàn)場儀表就可實現(xiàn)兩線制。但限于條件,當(dāng)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?,F(xiàn)在國內(nèi)兩線制變送器的產(chǎn)品范圍也大大擴展了,應(yīng)用領(lǐng)域也越來越多。同時從國外進(jìn)來的變送器也是兩線制的居多。


因為要實現(xiàn)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(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)計上滿足了上述的三個條件,就可實現(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,而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之間的信號聯(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(tài)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(fù)載電阻為250Ω,24V電源的負(fù)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(xié)議的FSK鍵控信號。


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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(yīng)用,在控制系統(tǒng)應(yīng)用中為了便于連接,就要求信號制的統(tǒng)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(zhuǎn)換電路復(fù)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(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,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。


四線制變送器接線示意圖


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,信號輸出正端用一根線,電源負(fù)端和信號負(fù)端共用一根線。其供電大多為24V.DC,輸出信號有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,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。


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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(lián)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(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。對于用戶而言,選型時應(yīng)根據(jù)本單位的實際情況,如信號制的統(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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