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浅谈仪表的两线制、三线制、四线制

一、传感器变送器的区别

传感器和变送器是热工仪器的概念。传感器通常由敏感元件和转换元件组成,可将温度、压力、液位、材料、气体特性等非电气物理量转换为电信号,或直接将压力、液位等物理量转换为变送器的装置或装置的总称。变送器将传感器收集的微弱电信号转换为标准电信号 发送或启动控制元件。或将传感器输入的非电量转换为电信号,同时放大远程测量和控制的信号源。模拟量也可以根据需要转换为数字量。当传感器输出为规定的标准信号时 时被称为变送器。

自动控制的监控信号源由传感器和变送器组成。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。另一种变送器不会将物理量转换为电信号,如锅炉水位计的差压变送器。它是一种远程仪器,通过仪表管将液位传感器中下部的水和上部蒸汽的冷凝水送到变送器波纹管两侧,用波纹管两侧的差压驱动机械放大装置,用指针指示水位。当然,也可以称之为变送器,将电气模拟量转换为数字量。以上只是传感器和变送器在概念上的区别。

二、二线制、三线制、四线制仪表

两线制变送器诞生后才有几线制称谓。这是电子放大器广泛应用于仪器中的结果。放大的本质是一个能量转换过程,这与供电是分不开的。首先出现的是四线变送器,即两条线负责供电,另外两条线负责输出转换放大的信号(如电压、电流等)。三线系统是指一条线为电源线,一条线为信号线,一条线为电源线和信号线,二线仪表为电源和信号共享两条线。

由于二线系统的安装和维护更加方便,大多数现场变送器使用二线系统仪器,只有一些特殊要求的仪器仍然使用多线系统。

2.1四线制仪表

四线制变送器的电源多为 220VAC,也有供电为24VDC 是的。输出信号有 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 但由于输出电路的形式不同,负载电阻或输入电阻的值也不同。

如图所示,四线制变送器的供电主要是 220VAC,也有供电为 24VDC 是的。输出信号有 4-20mADC,负载电阻为250Ω,或者 0-10mADC,负载电阻为 0-1.5KΩ;但由于输出电路的形式不同,负载电阻或输入电阻的值也不同。

四线制变送器接线图

2.2三线制仪表

为了减少变送器的体积和重量,提高抗干扰性,减少接线,一些仪表厂将变送器的电源通过 220VAC 如果电源从低压直流供电改为 24VDC 取用电源箱。低压供电为负线共享创造了条件,因此有三线变送器产品。

如图所示,所谓三线制变送器,就是电源正端用一条线,信号输出正端用一条线,电源负端和信号负端共用一条线。大部分供电都是 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 但由于输出电路的形式不同,负载电阻或输入电阻的值也不同。

三线制变送器接线图

所谓三线系统,就是电源正端用一条线,信号输出正端用一条线,电源负端和信号负端共用一条线。大部分电源是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 但由于输出电路入电阻因输出电路的形式而异。

2.3二线制仪表

二线仪表是电源和信号共用两条线,布线简单,功耗低,安全性高(可达本安)。所谓的两线系统是电源和负载串联在一起,有一个公共点,现场变送器和控制室仪器之间的信号连接和电源只使用两条电线,这两条电线既是电源线又是信号线。由于信号起点电流,两线制变送器 4mADC,仪表电气零点为变送器提供静态工作电流 4mADC, 不与机械零点重叠,有利于识别断电、断线等故障。而且两线制也便于使用安全栅,有利于安全防爆。线路系统的优点是接线简单,但只能用于传感器本身功耗小的情况。如果传感器本身功耗大(如超声波液位),则无法制造 2 线,只能是 4 工作电源计工作电源 2 个,输出 2 个。

两线制变送器的原理是使用4~20mA 信号为自己提供电能。如果变送器本身的功耗大于 4mA,然后将不可能输出下限 4mA 值。因此,两线制变送器本身(包括传感器在内的所有电路)的功耗一般不大于 3.5mA。这是两线制变送器的设计根本原则之一。 从整体结构来看,两线制变送器由传感器、调节电路、两线制变送器三部分组成 V/I 变换器构成。传感器将温度、压力等物理量转化为电参量,调节电路放大、调节和转化为线性电压输出。两线制 V/I 变换电路根据信号调节电路的输出控制整体耗电电流;同时,从环路上获得电压并稳定电压,供调节电路和传感器使用。 除了V/I 除了改变电路,电路的每个部分都有自己的功耗电流。两线变送器的核心设计理念是包括所有电流 V/I 在变换反馈环中。

建议购买两线制变送器必须是首选。 千万不要买黑心厂商淘汰 3 线 4 线制的! 由于导线内电流不对称,四线制变送器和三线制变送器必须使用昂贵的屏蔽线,而两线制变送器可以使用非常便宜的双绞线。因此,两线制变送器必须是应用中的首选:

  1. 双绞线--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 0.6元/m,传输1000m600 元
  2. 三线制变送器——使用昂贵的三线屏蔽线 1.8元/m,传输 1000m1800 元
  3. 使用更昂贵的四线屏蔽线2.8 元/m,传输 1000m2800 元

所以最好用屏蔽线,花钱少,避免后患。

如图所示,两线制变送器供电为 24VDC,输出信号为4-20mADC,负载电阻为 250Ω,24V 负线电位最低, 它是信号公共线。

两线制变送器接线图

由于 4-20mADC(1-5VDC)控制信号系统的普及和应用

为了便于系统应用中的连接,需要信号系统的统一。因此,需要在线分析、机械量、电力等非电气单元组合仪器,可以输出 4-20mA.DC 信号系统。但由于转换电路复杂,功耗大,无法实现两线系统,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。

三、两线制、三线制、四线制热电阻

两线制没有线路电阻补偿,配线简单,但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用制造高精度的热电阻,且在使用时引线及导线都不宜过长。

两线制

三线制有线路电阻补偿,可以消除引线电阻的影响,测量精度高于 2 线制。要求引出的三根导线截面积和长度均相同,电路一般是不平衡电桥,热电阻作为电桥的一个桥臂电阻,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,当桥路平衡时,导线电阻的变化对测量结果没有任何影响,这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差,但是必须为全等臂电桥,否则不可能完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差,工业上一般都采用三线制接法。

三线制

四线制热电阻的根部两端各连接两根导线,其中两根引线为热电阻提供恒定电流,把电阻值转换成电压信号,再通过另两根引线把引至 PLC。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,但成本较高,主要用于高精度的温度检测。当测量电阻数值很小时,测试线的电阻可能引入明显误差,四线测量用两条附加测试线提供恒定电流,另两条测试线测量未知电阻的电压降,在电压表输入阻抗足够高的条件下,电流几乎不流过电压表,这样就可以精确测量未知电阻上的压降,计算得出电阻值。四线制的热电阻精度相当高,消除了导线带来的误差,工业上很少用,一般是实验室用。

四线制

二线和三线是用电桥法测量,最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。与之相比,四线没有电桥,完全只是用恒流源发送,电压计测量,最后给出测量电阻值。

应该说,几线制是电流回路和电压测量回路是否分开接线的问题。2 线,电流回路和电压测量回路合二为 1,精度差。3 线,电流回路的参考位和电压测量回路的参考位为一条线,精度稍好。4 线,电路回路和电压测量回路独立分开, 精度高,但费线。

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