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二线制三线制四线制的区别与优点

更新时间:2017年08月22日 所属类别:知识百科 阅读量:

许多初入自动化行业的小朋友,常常不能理解所谓二线制、三线制、四线制,但又不乐于展现不耻下问的精神,小编在此挥墨写下这篇介绍二线制三线制四线制的区别与好处。

首先讲一下变送器和传感器的区别:传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时,则称为变送器,常见的变送器如绍兴中仪生产的压力变送器、差压变送器、温度变送器、电流变送器、电压变送器等。

二线制三线制四线制的区别

几线制的称谓,是在两线制变送器诞生后才有的。我们讨论的两线制、三线制、四线制,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。

四线制

最先出现的是四线制的变送器;即两根线负责变送器电源的供应,另外两根线负责输出被转换放大的信号(如电压、电流等)。四线制接线如下图所示:

四线制接线图

四线制仪表接线图

四线制变送器供电大多为220VAC,也有供电为24VDC的。输出信号有4-20mADC,负载电阻为250Ω,或0-10mADC,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。(ps:交流电会对信号精度有影响)

常见应用:数显表、电磁流量计变送输出就是四线制。

三线制

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。三线制接线如下图所示:

三线制接线图

三线制仪表接线图

三线制变送器供电大多为24VDC,输出信号4-20mADC,负载电阻为250Ω或者0-10mADC,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。

常见应用:电压输出的变送器输出一般都是三线制。

两线制

采用回路供电的方式,4-20mA电流本身就可以为变送器供电,变送器在电路中相当于一个特殊的负载,显示仪表只需要串在电路中即可。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。两线制接线如下图所示:

两线制接线图

两线制仪表接线图

两线制变送器供电为24VDC,输出信号为4-20mADC,负载电阻为250Ω,24V电源的负线电位最低,它就是信号公共线。(ps:输入接收仪表的是电流信号,如将电阻RL并联接入时,则接收的就是电压信号了。)

常见应用:温度变送器、4-20mA输出的压力变送器等都是二线制。

二线制使用条件

要实现两线制变送器必须同时满足以下条件:

1、V≤Emin-ImaxRLmax(变送器的输出端电压V等于规定的最低电源电压减去电流在负载电阻和传输导线电阻上的压降。)

2、I≤Imin(变送器的正常工作电流I必须小于或等于变送器的输出电流。)

3、P<Imin(Emin-IminRLmax)(变送器的最小消耗功率P不能超过上式,通常<90mW。式中:Emin=最低电源电压,对多数仪表而言Emin=24(1-5%)=22.8V,5%为24V电源允许的负向变化量;Imax=20mA;Imin=4mA;RLmax=250Ω+传输导线电阻。)

由于4-20mADC(1-5VDC)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4-20mADC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4-20mADC的四线制变送器了。

相对于四线和三线制,两线制有什么优点呢?

两线制的优点

在工业应用中,测量点一般在现场,而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算,省去2根信号传输导线意味着成本降低近百元。另外四线制变送器和三线制变送器因导线内电流不对称必须使用昂贵的屏蔽线,而两线制变送器可使用非常便宜的的双绞线导线,因此在应用中两线制变送器必然是首选。

1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响,可用非常便宜的更细的导线;可节省大量电缆线和安装费用;

2、在电流源输出电阻足够大时,经磁场耦合感应到导线环路内的电压,不会产生显著影响,因为干扰源引起的电流极小,一般利用双绞线就能降低干扰;两线制与三线制必须用屏蔽线,屏蔽线的屏蔽层要妥善接地。

3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差,对于4~20mA两线制环路,接收器电阻通常为250Ω(取样Uout=1~5V)这个电阻小到不足以产生显著误差,因此,可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远;

4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接,不因电线长度的不等而造成精度的差异,实现分散采集,分散式采集的好处就是:分散采集,集中控制....

5、将4mA用于零电平,使判断开路与短路或传感器损坏(0mA状态)十分方便。

6、在两线输出口非常容易增设一两只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。

总结

四线制是两个信号线、两个供电线,信号线和供电线分开,精度最好,带载能力最强,抗干扰能力最差,电路结构最复杂,成本比较高昂;而三线制则是信号线和和供电线共用一个正极或负极,精度次之,抗干扰能力比四线制好,电路结构较复杂,成本比四线制低;而二线制则是两个线既做供电用,又做信号线,误差最大,带载能力弱,抗干扰能力强,电路结构简单,成本最低,应用范围最广;另外二线制只能输出mA电流信号,三线制和四线制则没有这个限制,现在的变送器大多采用二线制。

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