两线制、三线制、四线制的区别
两线制、三线制、四线制的区别 2010-01-19 11:45 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。否则 热电偶配毫伏计测量温度可称为是两线制的鼻祖了!几线制的称谓，是在两线制变送器诞生后才有的。这是电子放大器在 仪表中广泛应用的结果，放大的本质就是一种能量转换过程，这就离不开供电。 因此最先出现的是四线制的变送器；即两根线负责电源的供应，另外两根线负 责输出被转换放大的信号(如电压、电流、等)。DDZ-型电动单元组合仪表的 出现，供电为 220V.AC，输出信号为 0-10mA.DC 的四线制变送器得到了广泛的 应用,目前在有些工厂还可见到它的身影。七十年代我国开始生产 DDZ-型电动单元组合仪表，并采用国际电工 委员会(IEC)的:过程控制系统用模拟信号标准。即仪表传输信号采用 4- 20mA.DC,联络信号采用 1-5V.DC，即采用电流传输、电压接收的信号系统。采用 4-20mA.DC 信号，现场仪表就可实现两线制。但限于条件，当时两线制仅在压力、 差压变送器上采用，温度变送器等仍采用四线制。现在国内两线制变送器的产 品范围也大大扩展了，应用领域也越来越多。同时从国外进来的变送器也是两 线制的居多。因为要实现两线制变送器必须同时满足以下条件:1VEmin-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. IImin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. PImin(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=250+传输导线电阻。如果变送器在设计上满足了上述的三个条件，就可实现两线制传输。所谓两线制即电源、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。 两线制变送器由于信号起点电流为 4mA.DC，为变送器提供了静态工作电流，同 时仪表电气零点为 4mA.DC，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断 电和断线等故障。而且两线制还便于使用安全栅,利于安全防爆。两线制变送器如图一所示，其供电为 24V.DC，输出信号为 4- 20mA.DC，负载电阻为 250，24V 电源的负线电位最低，它就是信号公共线， 对于智能变送器还可在 4-20mA.DC 信号上加载 HART 协议的 FSK 键控信号。80 0)this.width=800“ border=0>图一 两线制变送器接线示意图 由于 4-20mA.DC(1-5V.DC)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 4-20mA.DC 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 4-20mA.DC 的四线制变送器 了。四线制变送器如图二所示，其供电大多为 220V.AC，也有供电为 24V.DC 的。输出信号有 4-20mA.DC，负载电阻为 250，或者 0-10mA.DC，负载 电阻为 0-1.5K；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。800 )this.width=800“ border=0>图二 四线制变送器接线示意图 有的仪表厂为了减小变送器的体积和重量、并提高抗干扰性能、减 化接线，而把变送器的供电由 220V.AC 改为低压直流供电，如电源从 24V.DC 电 源箱取用，由于低压供电就为负线共用创造了条件，这样就有了三线制的变送 器产品。三线制变送器如图三所示，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。其供电大多为 24V.DC，输 出信号有 4-20mA.DC，负载电阻为 250 或者 0-10mA.DC，负载电阻为 0- 1.5K；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。80 0)this.width=800“ border=0>图三 三线制变送器接线示意图 以上三个图中，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。从上面叙述可看出，由于各种变送器的工作原理和结构不同，从而出 现了不同的产品，也就决定了变送器的两线制、三线制、四线制接线形式。对 于用户而言，选型时应根据本单位的实际情况，如信号制的统一、防爆要求、 接收设备的要求、投资等问题来综合考虑选择。要指出的是三线制和四线制变送器输出的 4-20mA.DC 信号，由于其输 出电路原理及结构与两线制的是不一样的，因此在应用中其输出负端能否和 24V 电源的负线相接?能否共地?这是要注意的，必要时可采取隔离措施，如用配电 器、安全栅等，以便和其它仪表共电、共地及避免附加干扰的产生。最后谈谈两线制改四线制、四线制改两线制的问题。从上述可知各种线制变送器都能存在，那总是有存在的理由，否则就 不会有那么多的线制了，由用户来改动线制是很困难的，再者实际意义也不大。如果要把传输信号为 0-10mA.DC 的四线制变送器改为两线制，首先遇 到的问题，就是其起始电流为零，在电流为零状态下，变送器的电子放大器是无法建立工作点的，因此将难于正常工作。如果用直流电源，并保证仪表原来 的恒流特性，当变送器在负载电阻为 0-1.5K 时，与其串联的反馈动圈电阻 2K 左右，当输出为 10mA 时，这两部分的电压降将大于 24V,也就是说用 24V.DC 供电，负载为 0-1.5K 时，要保证恒流特性是不可能的，也就谈不上用 两线制传输了。70 年代曾有仪表厂做过把 0-10mA.DC 的四线制变送器改为两线制变送 器的工作，具体做法是:对原来的变送器电路进行改进，并将供电电压提高至 48V.DC，但变送器的起始电流仍不能为零，为此采用负向电流来抵消负载电阻 上的起始输出 4mA 的电流。但这样的产品也没有能得到推广和应用。如果想将两线制改为四线制，根本没有必要，再者这是一种技术上的 倒退。
