幾線制的稱謂,是在兩線制變送器誕生后才有的。這是電子放大器在儀表中廣泛應用的結果,放大的本質就是一種能量轉換過程,這就離不開供電。因此最先出現(xiàn)的是四線制的變送器;即兩根線負責電源的供應,另外兩根線負責輸出被轉換放大的信號(如電壓、電流等)。DDZ-Ⅱ型電動單元組合儀表的出現(xiàn),使供電為220VAC,輸出信號為0-10mADC的四線制變送器得到了廣泛的應用,目前在有些工廠還可見到它的身影。
要實現(xiàn)兩線制變送器必須同時滿足以下條件
1、變送器的輸出端電壓V等于規(guī)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。即:V≤Emin-Imax×RLmax。
2、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。即:I≤Imin
3、變送器的小消耗功率P不能超過下式,通常P<90mW。
P<Imin(Emin-Imax×RLmax)
式中Emin為最低電源電壓,對多數(shù)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。
如果變送器在設計上滿足了上述三個條件,就可實現(xiàn)兩線制傳輸。所謂兩線制即電源、負載串聯(lián)在二起,有限公共點,而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之間的信號聯(lián)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。兩線制還便于使用安全柵,利于安全防爆。
兩線制變送器接線示意圖
兩線制變送器如圖所示,其供電為24VDC,輸出信號為4-20mA,負載電阻為250Ω,24V電源的負線電位最低,它就是信號公共線,對于智能變送器還可在4-20mA信號上加載HART協(xié)議的FSK鍵控信號。
由于4-20mADC(1-5VDC)信號制的普及和應用,在控制系統(tǒng)應用中為了便于連接,就要求信號制的統(tǒng)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4-20mA信號制,但是由于其轉換電路復雜、功耗大等原因,難以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。
四線制變送器如圖所示,其供電大多為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(shù)值有所不同。
有的儀表廠為了減小變送器的體積和重量、并提高抗干擾性能、簡化接線,而把變送器的供電由220VAC改為低壓直流供電,如電源從24VDC電源箱取用,低壓供電就為負線共用創(chuàng)造了條件,這樣就有了三線制的變送器產品。
三線制變送器如圖所示,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。其供電大多為24VDC,輸出信號有4-20mADC,負載電阻為250Ω或者0-10mADC,負載電阻為0-1.5kΩ;有的還有毫安和毫伏信號,但負載電阻或輸入電阻,因輸出電路形式不同而數(shù)值有所不同。
以上三個圖中,輸入接收儀表的是電流信號,如將電阻RL并聯(lián)接入時,則接收的就是電壓信號了。
從上述可看出,由于各種變送器的工作原理和結構不同,從而出現(xiàn)了不同的產品,也就決定了變送器的兩線制、三線制、四線制接線形式。對于用戶而言,選型時應根據(jù)本企業(yè)的實際情況,如信號制的統(tǒng)一、防爆要求、接收設備的要求、投資等問題來綜合考慮選擇。
要指出的是三線制和四線制變送器輸出的4-20mA信號,由于其輸出電路結構與兩線制的是不一樣的,因此在應用中其輸出負端能否和24V電源的負線相接?能否共地?這是要注意的,必要時可采取隔離措施,如用信號隔離器、安全柵等,以便和其他儀表共電、共地及避免附加干擾的產生。
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