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二線制三線制四線制的區別與優點

更新時間:2017年08月22日 所屬類別:知識百科 閱讀量:

許多初入自動化行業的小朋友,常常不能理解所謂二線制、三線制、四線制,但又不樂于展現不恥下問的精神,小編在此揮墨寫下這篇介紹二線制三線制四線制的區別與好處。

首先講一下變送器和傳感器的區別:傳感器是能夠受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱,通常由敏感元件和轉換元件組成。當傳感器的輸出為規定的標準信號時,則稱為變送器,常見的變送器如紹興中儀生產的壓力變送器、差壓變送器、溫度變送器、電流變送器、電壓變送器等。

二線制三線制四線制的區別

幾線制的稱謂,是在兩線制變送器誕生后才有的。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,其工作原理和結構上的區別,而并非只指變送器的接線形式。

四線制

最先出現的是四線制的變送器;即兩根線負責變送器電源的供應,另外兩根線負責輸出被轉換放大的信號(如電壓、電流等)。四線制接線如下圖所示:

四線制接線圖

四線制儀表接線圖

四線制變送器供電大多為220VAC,也有供電為24VDC的。輸出信號有4-20mADC,負載電阻為250Ω,或0-10mADC,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。(ps:交流電會對信號精度有影響)

常見應用:數顯表、電磁流量計變送輸出就是四線制。

三線制

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,電源負端和信號負端共用一根線。三線制接線如下圖所示:

三線制接線圖

三線制儀表接線圖

三線制變送器供電大多為24VDC,輸出信號4-20mADC,負載電阻為250Ω或者0-10mADC,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。

常見應用:電壓輸出的變送器輸出一般都是三線制。

兩線制

采用回路供電的方式,4-20mA電流本身就可以為變送器供電,變送器在電路中相當于一個特殊的負載,顯示儀表只需要串在電路中即可。即電源、負載串聯在一起,有一公共點,而現場變送器與控制室儀表之間的信號聯絡及供電僅用兩根電線,這兩根電線既是電源線又是信號線。兩線制接線如下圖所示:

兩線制接線圖

兩線制儀表接線圖

兩線制變送器供電為24VDC,輸出信號為4-20mADC,負載電阻為250Ω,24V電源的負線電位最低,它就是信號公共線。(ps:輸入接收儀表的是電流信號,如將電阻RL并聯接入時,則接收的就是電壓信號了。)

常見應用:溫度變送器、4-20mA輸出的壓力變送器等都是二線制。

二線制使用條件

要實現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等于規定的最低電源電壓減去電流在負載電阻和傳輸導線電阻上的壓降。)

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+傳輸導線電阻。)

由于4-20mADC(1-5VDC)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4-20mADC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4-20mADC的四線制變送器了。

相對于四線和三線制,兩線制有什么優點呢?

兩線制的優點

在工業應用中,測量點一般在現場,而顯示設備或者控制設備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數十至數百米。按一百米距離計算,省去2根信號傳輸導線意味著成本降低近百元。另外四線制變送器和三線制變送器因導線內電流不對稱必須使用昂貴的屏蔽線,而兩線制變送器可使用非常便宜的的雙絞線導線,因此在應用中兩線制變送器必然是首選。

1、不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響,可用非常便宜的更細的導線;可節省大量電纜線和安裝費用;

2、在電流源輸出電阻足夠大時,經磁場耦合感應到導線環路內的電壓,不會產生顯著影響,因為干擾源引起的電流極小,一般利用雙絞線就能降低干擾;兩線制與三線制必須用屏蔽線,屏蔽線的屏蔽層要妥善接地。

3、電容性干擾會導致接收器電阻有關誤差,對于4~20mA兩線制環路,接收器電阻通常為250Ω(取樣Uout=1~5V)這個電阻小到不足以產生顯著誤差,因此,可以允許的電線長度比電壓遙測系統更長更遠;

4、各個單臺示讀裝置或記錄裝置可以在電線長度不等的不同通道間進行換接,不因電線長度的不等而造成精度的差異,實現分散采集,分散式采集的好處就是:分散采集,集中控制....

5、將4mA用于零電平,使判斷開路與短路或傳感器損壞(0mA狀態)十分方便。

6、在兩線輸出口非常容易增設一兩只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。

總結

四線制是兩個信號線、兩個供電線,信號線和供電線分開,精度最好,帶載能力最強,抗干擾能力最差,電路結構最復雜,成本比較高昂;而三線制則是信號線和和供電線共用一個正極或負極,精度次之,抗干擾能力比四線制好,電路結構較復雜,成本比四線制低;而二線制則是兩個線既做供電用,又做信號線,誤差最大,帶載能力弱,抗干擾能力強,電路結構簡單,成本最低,應用范圍最廣;另外二線制只能輸出mA電流信號,三線制和四線制則沒有這個限制,現在的變送器大多采用二線制。

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