兩線制:兩根線及傳輸電源又傳輸信號,也就是傳感器輸出的負(fù)載和電源是串聯(lián)在一起的,電源是從外部引入的,和負(fù)載串聯(lián)在一起來驅(qū)動負(fù)載。
?????三線制:三線制傳感器就是電源正端和信號輸出的正端分離,但它們共用一個COM端。
?????四線制:電源兩根線,信號兩根線。電源和信號是分開工作的。
?????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)。但目前,很多變送器采用二線制。下面,我們就來具體看看不同線制變送器的差異有哪些?
一、兩線制
要實現(xiàn)兩線制變送器,必須要同時滿足以下條件:
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=250Ω+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(jī)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。
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????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。
二、三線制
????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。
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????三線制變送器如圖二所示,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。
三、四線制
????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(jī)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,難于全部滿足兩線制變送器設(shè)計的三個條件,從而無法做到兩線制,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。
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??????四線制變送器如圖三所示,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。
??????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。
??????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(jié)構(gòu)與兩線制的是不一樣的,因此在應(yīng)用中其輸出負(fù)端能否和24V電源的負(fù)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(chǎn)生。
四、兩線制與四線制互改
??????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,在電流為零的狀態(tài)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(dāng)變送器在負(fù)載電阻為0-1.5KΩ時,與其串聯(lián)的反饋動圈電阻2KΩ左右,當(dāng)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(fù)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。?