两线制/三线制/四线制的原理是什么?两线制/三线制/四线制之间有什么区别?
两线制变送器诞生后才有了几线制的区分。两线制、三线制、四线制其实就是指各种输出为模拟直流电流信号的变送器,其工作原理和结构上的区别,而并非只指变送器的接线形式。
这是电子放大器在仪表中广泛应用的结果,放大的本质就是一种能量转换过程,这就离不开供电。因此最先出现的是四线制的变送器;即两根线负责电源的供应,另外两根线负责输出被转换放大的信号(如电压、电流、等)。DDZ-Ⅱ型电动单元组合仪表的出现,供电为220V.AC,输出信号为0--10mA.DC的四线制变送器得到了广泛的应用,目前在有些工厂还可见到它的身影。
七十年代我国开始生产DDZ-Ⅲ型电动单元组合仪表,并采用国际电工委员会(IEC)的:过程控制系统用模拟信号标准。即仪表传输信号采用4-20mA.DC,联络信号采用1-5V.DC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。采用4-20mA.DC信号,现场仪表就可实现两线制。但限于条件,当时两线制仅在压力、差压变送器上采用,温度变送器等仍采用四线制。现在国内两线制变送器的产品范围也大大扩展了,应用领域也越来越多。同时从国外进来的变送器也是两线制的居多。
两线制的原理
如果变送器在设计上满足了上述的三个条件,就可实现两线制传输。所谓两线制即电源、负载串联在一起,有一公共点,而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线,这两根电线既是电源线又是信号线。两线制变送器由于信号起点电流为4mA.DC,为变送器提供了静态工作电流,同时仪表电气零点为4mA.DC,不与机械零点重合,这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。而且两线制还便于使用安全栅,利于安全防爆。
两线制变送器如图一所示,其供电为24V.DC,输出信号为4-20mA.DC,负载电阻为250Ω,24V电源的负线电位最低,它就是信号公共线,对于智能变送器还可在4-20mA.DC信号上加载HART协议的FSK键控信号。
三线制的原理
有的仪表厂为了减小变送器的体积和重量、并提高抗干扰性能、减化接线,而把变送器的供电由220V.AC改为低压直流供电,如电源从24V.DC电源箱取用,由于低压供电就为负线共用创造了条件,这样就有了三线制的变送器产品。
三线制变送器如图三所示,所谓三线制就是电源正端用一根线,信号输出正端用一根线,电源负端和信号负端共用一根线。其供电大多为24V.DC,输出信号有4-20mA.DC,负载电阻为250Ω或者0-10mA.DC,负载电阻为0-1.5KΩ;有的还有mA和mV信号,但负载电阻或输入电阻,因输出电路形式不同而数值有所不同。
三线制变送器接线示意图
四线制的原理
于4-20mA.DC(1-5V.DC)信号制的普及和应用,在控制系统应用中为了便于连接,就要求信号制的统一,为此要求一些非电动单元组合的仪表,如在线分析、机械量、电量等仪表,能采用输出为4-20mA.DC信号制,但是由于其转换电路复杂、功耗大等原因,难于全部满足上述的三个条件,而无法做到两线制,就只能采用外接电源的方法来做输出为4-20mA.DC的四线制变送器了。
四线制变送器如图二所示,其供电大多为220V.AC,也有供电为24V.DC的。输出信号有4-20mA.DC,负载电阻为250Ω,或者0-10mA.DC,负载电阻为0-1.5KΩ;有的还有mA和mV信号,但负载电阻或输入电阻,因输出电路形式不同而数值有所不同。
四线制变送器接线示意图
两线制、三线制、四线制的区别
各种变送器的工作原理和结构不同,也就决定了变送器的两线制、三线制、四线制接线形式。选型时应根据本单位的实际情况,如信号制的统一、防爆要求、接收设备的要求、投资等问题来综合选择即可。