淺談儀表的兩線制、三線制、四線制

　　我們討論的兩線制、三線制、四線制，是指各種輸出為模擬直流電流信號的變送器，其工作原理和結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，而并非只指變送器的接線形式。否則熱電偶配毫伏計測量溫度可稱為是兩線制的鼻祖了! 

　　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(yīng)用的結(jié)果，放大的本質(zhì)就是一種能量轉(zhuǎn)換過程，這就離不開供電。因此先出現(xiàn)的是四線制的變送器；即兩根線負責(zé)電源的供應(yīng)，另外兩根線負責(zé)輸出被轉(zhuǎn)換放大的信號(如電壓、電流、等)。 

　　七十年代我國開始采用國際電工委員會(IEC)的:過程控制系統(tǒng)用模擬信號標(biāo)準(zhǔn)。即儀表傳輸信號采用4-20mA.DC,聯(lián)絡(luò)信號采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。采用4-20mA.DC信號，現(xiàn)場儀表就可實現(xiàn)兩線制。但限于條件，當(dāng)時兩線制僅在壓力、差壓變送器上采用，溫度變送器等仍采用四線制?，F(xiàn)在國內(nèi)兩線制變送器的產(chǎn)品范圍也大大擴展了，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越多。同時從國外進來的變送器也是兩線制的居多。 

Best regards,
    因為要實現(xiàn)兩線制變送器必須同時滿足以下條件: 

    1．V≤Emin-ImaxRLmax 

    變送器的輸出端電壓V等于規(guī)定的低電源電壓減去電流在負載電阻和傳輸導(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=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="250"Ω+傳輸導(dǎo)線電阻。 

    如果變送器在設(shè)計上滿足了上述的三個條件，就可實現(xiàn)兩線制傳輸。所謂兩線制即電源、負載串聯(lián)在一起，有一公共點，而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之間的信號聯(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線。兩線制變送器由于信號起點電流為4mA.DC，為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時儀表電氣零點為4mA.DC，不與機械零點重合，這種“活零點”有利于識別斷電和斷線等故障。而且兩線制還便于使用安全柵,利于安全防爆。 

     兩線制變送器如圖一所示，其供電為24V.DC，輸出信號為4-20mA.DC，負載電阻為250Ω，24V電源的負線電位低，它就是信號公共線，對于智能變送器還可在4-20mA.DC信號上加載HART協(xié)議的FSK鍵控信號。 

      圖一    兩線制變送器接線示意圖      

       由于4-20mA.DC(1-5V.DC)信號制的普及和應(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.DC信號制，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4-20mA.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。輸出信號有4-20mA.DC，負載電阻為250Ω，或者0-10mA.DC，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。 

                          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24V.DC，輸出信號有4-20mA.DC，負載電阻為250Ω或者0-10mA.DC，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。 

                         圖三     三線制變送器接線示意圖    

     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兩線制、三線制、四線制接線形式。對于用戶而言，選型時應(yīng)根據(jù)本單位的實際情況，如信號制的統(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。 

新鄉(xiāng)市天科測控儀表有限公司