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儀表“線制
  • 發(fā)布日期:2020/1/12 15:42:38      瀏覽次數(shù):793
    • 儀表“線制”

       文章核心:儀表的二線制、三線制、四線制的作用、優(yōu)缺點(diǎn)的析以及應(yīng)用。

      二線制、三線制、四線制的作用

        二線制:兩根線既是電源線又同時(shí)是信號(hào)線。一般用于4~20mA信號(hào)傳輸。

        三線制:根線為電源正線,一根線為信號(hào)正線,一根線為電源負(fù)線和信號(hào)負(fù)線的公共線;一般用于1~5v信號(hào)傳輸。

        四線制:指電源兩根線,信號(hào)兩根線。電源和信號(hào)是分開工作的。即在三線制的基礎(chǔ)上,信號(hào)線有自己的地,不和電源線共地。自己的電流是總電流的一部分,且因?yàn)椴缓碗娫垂驳囟啾热€制它的電流可能難于計(jì)算。

       

      二線制、三線制、四線制各自的優(yōu)缺點(diǎn)

          二線制的優(yōu)點(diǎn)是接線簡單,只適用一般功率小的一次傳感器,如:壓變、差壓變、溫變、電容式液位計(jì)、射頻導(dǎo)納、電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)等。傳感器本身用電由二線制中得到,是必影響其帶載能力。

          三限制的優(yōu)點(diǎn)是熱電阻采取三線制接法,是為了打消銜接導(dǎo)線電阻惹起的丈量偏差。這是由于丈量熱電阻的電路個(gè)別是不均衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻,其銜接導(dǎo)線(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部門,這一部門電阻是未知的且隨情況溫度變更,形成丈量偏差。采取三線制,將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端,其他兩根分辨接到熱電阻地點(diǎn)的橋臂及與其相鄰的橋臂上,如許打消了導(dǎo)線線路電阻帶來的丈量偏差。

          四線制的優(yōu)點(diǎn)是由于是將電源和功率分開,所以本機(jī)的功率與信號(hào)是沒有功率上的關(guān)聯(lián)的,適用于大功率的的傳感器,如超聲波(由于其為了加大抗干擾能力,所以發(fā)射的功率會(huì)很大,所以此款產(chǎn)品選型時(shí)要盡量四線的,二線的一般抗干擾能力較弱),就不能作成2線的,只能是4線,分別是工作電源2個(gè),輸出2個(gè)。

          

      二線制傳感器與三線制傳感器的區(qū)別

          二線制與三線制 (一根正電源線,兩根信號(hào)線,其中一根共GND)和四線制(兩根正負(fù)電源線,兩根信號(hào)線)相比,兩線制的優(yōu)點(diǎn)是:

           (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(xì)的導(dǎo)線;可節(jié)省大量電纜線和安裝費(fèi)用;

           (2)在電流源輸出電阻足夠大時(shí),經(jīng)磁場(chǎng)耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓,不會(huì)產(chǎn)生顯著影響,因?yàn)楦蓴_源引起的電流小,一般利用雙絞線就能降低干擾;二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(huì)導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差,對(duì)于4~20mA二線制環(huán)路,接收器電阻通常為250Ω(取樣Uout=1~5V)這個(gè)電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差,因此,可以允許的電線長度比電壓遙測(cè)系統(tǒng)更長更遠(yuǎn);

           (4)各個(gè)單臺(tái)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(jìn)行換接,不因電線長度的不等而造成精度的差異,實(shí)現(xiàn)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(tài))十分方便。

           (6)在兩線輸出口非常容易增設(shè)一兩只防雷防浪涌器件,有利于安全防雷防爆。

          二線制沒有線路電阻補(bǔ)償,配線簡單,但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此不適用制造精度的熱電阻,且在使用時(shí)引線及導(dǎo)線都不宜過長。

          三線制有線路電阻補(bǔ)償,可以消除引線電阻的影響,測(cè)量精度高于2線制。作為過程檢測(cè)元件,其應(yīng)用。

          兩線制傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值,由于導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差使實(shí)際測(cè)量值偏高,用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合,并且導(dǎo)線的長度不宜過長。

          三線制:要求引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同,測(cè)量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋,鉑電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻,將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端,其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上,當(dāng)橋路平衡時(shí),導(dǎo)線電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有任何影響,這樣就消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差,但是必須為全等臂電橋,否則不可能消除導(dǎo)線電阻的影響。采用三線制會(huì)大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差,工業(yè)上一般都采用三線制接法。

          二線制熱電阻與三線制熱電阻、四線制熱電阻的區(qū)別?

          二線制沒有線路電阻補(bǔ)償,配線簡單,但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此不適用制造精度的熱電阻,且在使用時(shí)引線及導(dǎo)線都不宜過長。

          三線制有線路電阻補(bǔ)償,可以消除引線電阻的影響,測(cè)量精度高于2線制。作為過程檢測(cè)元件,其應(yīng)用。

            四線制在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制,其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U,再通過另兩根引線把U引至PLC。這種引線方式可消除引線的電阻影響,但成本較高,主要用于高精度的溫度檢測(cè)。

       

      二線制變送器與三線制變送器、四線制變送器的區(qū)別

          實(shí)現(xiàn)二線制變送器必須同時(shí)滿足以下條件:

          1.V≤Emin-ImaxRLmax

          變送器的輸出端電壓V等于規(guī)定的電源電壓減去電流在負(fù)載電阻和傳輸導(dǎo)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)

          變送器的小消耗功率P不能超過上式,通常<90mW。

          式中:Emin=電源電壓,對(duì)多數(shù)儀表而言Emin=24(1-5%)=22.8V,5%為24V電源允許的負(fù)向變化量;

          Imax=20mA;

          Imin=4mA;

          RLmax=250Ω+傳輸導(dǎo)線電阻。

          如果變送器在設(shè)計(jì)上滿足了上述的三個(gè)條件,就可實(shí)現(xiàn)兩線制傳輸。所謂二線制即電源、負(fù)載串聯(lián)在一起,有一公共點(diǎn),而現(xiàn)場(chǎng)變送器與控制室儀表之間的信號(hào)聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線,這兩根電線既是電源線又是信號(hào)線。二線制變送器由于信號(hào)起點(diǎn)電流為4mA.DC,為變送器提供了靜態(tài)工作電流,同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC,不與機(jī)械零點(diǎn)重合,這種“活零點(diǎn)”有利于識(shí)別斷電和斷線等故障。而且二線制還便于使用安全柵,利于安全防爆。

          區(qū)別:

          二線制變送器如圖一所示,其供電為24V.DC,輸出信號(hào)為4-20mA.DC,負(fù)載電阻為250Ω,24V電源的負(fù)線電位,它就是信號(hào)公共線,對(duì)于智能變送器還可在4-20mA.DC信號(hào)上加載HART協(xié)議的FSK鍵控信號(hào)。

       

       

      圖一 二線制變送器接線示意圖

       

          由于4-20mA.DC(1-5V.DC)信號(hào)制的普及和應(yīng)用,在控制系統(tǒng)應(yīng)用中為了便于連接,就要求信號(hào)制的統(tǒng)一,為此要求一些非電動(dòng)單元組合的儀表,如在線分析、機(jī)械量、電量等儀表,能采用輸出為4-20mA.DC信號(hào)制,但是由于其轉(zhuǎn)換電路復(fù)雜、功耗大等原因,難于全部滿足上述的三個(gè)條件,而無法做到二線制,就只能采用外接電源的方法來做輸出為4-20mA.DC的四線制變送器了。

          四線制變送器如圖二所示,其供電大多為220V.AC,也有供電為24V.DC的。輸出信號(hào)有4-20mA.DC,負(fù)載電阻為250Ω,或者0-10mA.DC,負(fù)載電阻為0-1.5KΩ;有的還有mA和mV信號(hào),但負(fù)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。

       

      圖二 四線制變送器接線示意圖

       

          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、減化接線,而把變送器的供電由220V.AC改為低壓直流供電,如電源從24V.DC電源箱取用,由于低壓供電就為負(fù)線共用創(chuàng)造了條件,這樣就有了三線制的變送器產(chǎn)品。

          三線制變送器如圖三所示,所謂三線制就是電源正端用一根線,信號(hào)輸出正端用一根線,電源負(fù)端和信號(hào)負(fù)端共用一根線。其供電大多為24V.DC,輸出信號(hào)有4-20mA.DC,負(fù)載電阻為250Ω或者0-10mA.DC,負(fù)載電阻為0-1.5KΩ;有的還有mA和mV信號(hào),但負(fù)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。

       

       

      圖三 三線制變送器接線示意圖

       

          從上面敘述可看出,由于各種變送器的工作原理和結(jié)構(gòu)不同,從而出現(xiàn)了不同的產(chǎn)品,也就決定了變送器的二線制、三線制、四線制接線形式。對(duì)于用戶而言,選型時(shí)應(yīng)根據(jù)本單位的實(shí)際情況,如信號(hào)制的統(tǒng)一、防爆要求、接收設(shè)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.DC信號(hào),由于其輸出電路原理及結(jié)構(gòu)與二線制的是不一樣的,因此在應(yīng)用中其輸出負(fù)端能否和24V電源的負(fù)線相接?能否共地?這是要注意的,必要時(shí)可采取隔離措施,如用配電器、安全柵等,以便和其它儀表共電、共地及避免附加干擾的產(chǎn)生。

       

      二線改四線,四線改二線

          從上述可知各種線制變送器都能存在,那總是有存在的理由,否則就不會(huì)有那么多的線制了,由用戶來改動(dòng)線制是很困難的,再者實(shí)際意義也不大。

          如果要把傳輸信號(hào)為0-10mA.DC的四線制變送器改為二線制,首先遇到的問題,就是其起始電流為零,在電流為零狀態(tài)下,變送器的電子放大器是無法建立工作點(diǎn)的,因此將難于正常工作。如果用直流電源,并保證儀表原來的恒流特性,當(dāng)變送器在負(fù)載電阻為0-1.5KΩ時(shí),與其串聯(lián)的反饋動(dòng)圈電阻2KΩ左右,當(dāng)輸出為10mA時(shí),這兩部分的電壓降將大于24V,也就是說用24V.DC供電,負(fù)載為0-1.5KΩ時(shí),要保證恒流特性是不可能的,也就談不上用兩線制傳輸了。

          四線制轉(zhuǎn)二線制原理 :

           一、正向輸出(1、3短接,2接6,4接5,輸出5、6端)

           1 -●

           24VDC

           2 +○ ○+ 6

           發(fā)送端 接收端 4-20mA

           4 +● ●- 5

           4-20mA

       

        3 -○

          二、反向輸出(2、6短接,1接3,4接5,輸出3、4端)

           1 -● ○- 3

           24VDC

           2 +○

           發(fā)送端 接收端 4-20mA

           6 +●

            4-20mA

           5 -○ ●+ 4

     
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