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图解压力变送器两线制、三线制、四线制的差异有哪些?

作者:  发布于: 2020-09-09  点击:61

      图解压力变送器两线制、三线制、四线制的差异有哪些?

  提到变送器的线制,很多人都立马浮现出二线制、三线制和四线制吧。其实,几线制的称谓,是在两线制压力变送器诞生之后才有的。这其实是电子放大器在仪表中广泛应用后的结果,而电子放大器的本质说到底就是能量转化的过程,它离不开供电。因此最先出现的是四线制变送器(两根线负责电源的供应,另外两根线则负责输出被转换放大的信号)。但目前,市场上很多变送器都已经采用二线制变送器。下面,我们就来具体看看不同线制压力变送器的差异有哪些?

  一、两线制压力变送器

  要实现两线制变送器,必须要同时满足以下条件:

  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)

  变送器的小消耗功率P不能超过上式,通常<90mW。

  式中:Emin=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。

  如果压力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。

  图1为二线制变换器的接线图。直流电源U(24V)通过两根线向现场的变换器供电,同时这两根线又是输出信号(4~20mA)的传输线。输出的电流信号需经过标准电阻RL=250Ω转换为电压UL=IRL=(1~5)U送至控制器。这种二线制变换器的特点是只用于检测信号而没有控制功能。

  二、三线制压力变送器

  三线制变换器的接线图如图2所示,电流输出系统除了两根电流传输线以外,还有一根电源线向变压器提供电源。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DC 24V,输出信号有DC4-20mA,负载电阻为250Ω或者DC0-10mA,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。

  由于DC4-20mA、DC 1-5V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DC4-20mA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DC4-20mA的四线制变送器了。四线制变送器供电大多为AC 220V,也有供电为DC24V的。输出信号有DC 4-20mA,负载电阻为250Ω,或者DC 0-10mA,负载电阻为0-1.5kΩ;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,如图4.3所示。

  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。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。

  三、四线制压力变送器

  图三四线制变送器接线示意图

  四线制变送器如图三所示,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250Ω,或者0-10mA DC,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。

  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。