兩線(xiàn)制:兩根線(xiàn)及傳輸電源又傳輸信號,也就是傳感器輸出的負載和電源是串聯(lián)在一起的,電源是從外部引入的,和負載串聯(lián)在一起來(lái)驅動(dòng)負載。
?????三線(xiàn)制:三線(xiàn)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(gè)COM端。
?????四線(xiàn)制:電源兩根線(xiàn),信號兩根線(xiàn)。電源和信號是分開(kāi)工作的。
?????幾線(xiàn)制的稱(chēng)謂,是在兩線(xiàn)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(zhì)就是一種能量轉換過(guò)程,這就離不開(kāi)供電。因此最先出現的是四線(xiàn)制的變送器;即兩根線(xiàn)負責電源的供應,另外兩根線(xiàn)負責輸出被轉換放大的信號(如電壓、電流等)。但目前,很多變送器采用二線(xiàn)制。下面,我們就來(lái)具體看看不同線(xiàn)制變送器的差異有哪些?
一、兩線(xiàn)制
要實(shí)現兩線(xiàn)制變送器,必須要同時(shí)滿(mǎn)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(xiàn)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(guò)上式,通常<90mW。
式中:Emin=最低電源電壓,對多數儀表而言Emin=24(1-5%)=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(xiàn)電阻。
????如果變送器在設計上滿(mǎn)足了上述的三個(gè)條件,就可實(shí)現兩線(xiàn)制傳輸。所謂兩線(xiàn)制即電源、負載串聯(lián)在一起,有一公共點(diǎn),而現場(chǎng)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(xiàn),這兩根電線(xiàn)既是電源線(xiàn)又是信號線(xiàn)。兩線(xiàn)制變送器由于信號起點(diǎn)電流為4mA DC,為變送器提供了靜態(tài)工作電流,同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA DC,不與機械零點(diǎn)重合,這種“活零點(diǎn)”有利于識別斷電和斷線(xiàn)等故障。而且兩線(xiàn)制還便于使用安全柵,利于安全防爆。
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????兩線(xiàn)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250Ω,24V電源的負線(xiàn)電位最低,它就是信號公共線(xiàn),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(xiàn)制
????有的儀表廠(chǎng)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(xiàn),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(xiàn)共用創(chuàng )造了條件,這樣就有了三線(xiàn)制的變送器產(chǎn)品。
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????三線(xiàn)制變送器如圖二所示,所謂三線(xiàn)制就是電源正端用一根線(xiàn),信號輸出正端用一根線(xiàn),電源負端和信號負端共用一根線(xiàn)。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、四線(xiàn)制
????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(dòng)單元組合的儀表,如在線(xiàn)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(mǎn)足兩線(xiàn)制變送器設計的三個(gè)條件,從而無(wú)法做到兩線(xiàn)制,就只能采用外接電源的方法來(lái)做輸出為4-20mA DC的四線(xiàn)制變送器了。
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??????四線(xiàn)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。
??????以上三個(gè)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(shí),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(chǎn)品,也就決定了變送器的兩線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制接線(xiàn)形式。對于用戶(hù)而言,選型時(shí)應根據本單位的實(shí)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(wèn)題來(lái)綜合考慮選擇。
??????要指出的是三線(xiàn)制和四線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)相接?能否共地?這是要注意的,必要時(shí)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(xiàn)制與四線(xiàn)制互改
??????如果要把傳輸信號為0-10mA DC的四線(xiàn)制變送器改為兩線(xiàn)制,首先遇到的問(wèn)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(wú)法建立工作點(diǎn)的,因此將難于正常工作。如果用直流電源,并保證儀表原來(lái)的恒流特性,當變送器在負載電阻為0-1.5KΩ時(shí),與其串聯(lián)的反饋動(dòng)圈電阻2KΩ左右,當輸出為10mA時(shí),這兩部分的電壓降將大于24V,也就是說(shuō)用24V DC供電,負載為0-1.5KΩ時(shí),要保證恒流特性是不可能的,也就談不上用兩線(xiàn)制傳輸了。?