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       今天儀控君和大家討論的兩線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制，是指各種輸出為模擬直流電流信號的變送器，其工作原理和結構上的區別，而并非只指變送器的接線(xiàn)形式。

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       首先，我們先看一下它們的定義

       兩線(xiàn)制：兩根線(xiàn)及傳輸電源又傳輸信號，也就是傳感器輸出的負載和電源是串聯(lián)在一起的，電源是從外部引入的，和負載串聯(lián)在一起來(lái)驅動(dòng)負載。

       三線(xiàn)制：三線(xiàn)制傳感器就是電源正端和信號輸出的正端分離，但它們共用一個(gè)COM端。

       四線(xiàn)制：電源兩根線(xiàn)，信號兩根線(xiàn)。電源和信號是分開(kāi)工作的。

▲二線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制工作原理

       幾線(xiàn)制的稱(chēng)謂，是在兩線(xiàn)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(zhì)就是一種能量轉換過(guò)程，這就離不開(kāi)供電。

       因此最先出現的是四線(xiàn)制的變送器；即兩根線(xiàn)負責電源的供應，另外兩根線(xiàn)負責輸出被轉換放大的信號（如電壓、電流、等）。但目前，很多變送器采用二線(xiàn)制。

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       下面，我們就來(lái)具體看看不同線(xiàn)制變送器的差異有哪些？

不同線(xiàn)制變送器的差異

一、 兩線(xiàn)制

       要實(shí)現兩線(xiàn)制變送器，必須要同時(shí)滿(mǎn)足以下條件：

       1. V≤Emin-ImaxRLmax

       變送器的輸出端電壓V等于規定的最低電源電壓減去電流在負載電阻和傳輸導線(xiàn)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)

       變送器的最小消耗功率P不能超過(guò)上式，通常＜90mW。

       式中：Emin=最低電源電壓，對多數儀表而言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(xiàn)電阻。

       如果變送器在設計上滿(mǎn)足了上述的三個(gè)條件，就可實(shí)現兩線(xiàn)制傳輸。

       所謂兩線(xiàn)制即電源、負載串聯(lián)在一起，有一公共點(diǎn)，而現場(chǎng)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(xiàn)，這兩根電線(xiàn)既是電源線(xiàn)又是信號線(xiàn)。

       兩線(xiàn)制變送器由于信號起點(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，不與機械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)”有利于識別斷電和斷線(xiàn)等故障。而且兩線(xiàn)制還便于使用安全柵，利于安全防爆。

▲兩線(xiàn)制變送器接線(xiàn)示意圖

       兩線(xiàn)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(xiàn)電位最低，它就是信號公共線(xiàn)，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。

二、 三線(xiàn)制

       有的儀表廠(chǎng)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(xiàn)，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(xiàn)共用創(chuàng )造了條件，這樣就有了三線(xiàn)制的變送器產(chǎn)品。

▲三線(xiàn)制變送器接線(xiàn)示意圖

       三線(xiàn)制變送器如圖所示，所謂三線(xiàn)制就是電源正端用一根線(xiàn)，信號輸出正端用一根線(xiàn)，電源負端和信號負端共用一根線(xiàn)。

       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值有所不同。

三、 四線(xiàn)制

       由于4-20mA DC（1-5V DC）信號制的普及和應用，在控制系統應用中為了便于連接，就要求信號制的統一，為此要求一些非電動(dòng)單元組合的儀表。

       如在線(xiàn)分析、機械量、電量等儀表，能采用輸出為4-20mA DC信號制，但是由于其轉換電路復雜、功耗大等原因，難于全部滿(mǎn)足兩線(xiàn)制變送器設計的三個(gè)條件，從而無(wú)法做到兩線(xiàn)制，就只能采用外接電源的方法來(lái)做輸出為4-20mA DC的四線(xiàn)制變送器了。

▲四線(xiàn)制變送器接線(xiàn)示意圖

       四線(xiàn)制變送器如圖所示，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值有所不同。

       以上三個(gè)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(shí)，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構不同，從而出現了不同的產(chǎn)品，也就決定了變送器的兩線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制接線(xiàn)形式。

       對于用戶(hù)而言，選型時(shí)應根據本單位的實(shí)際情況，如信號制的統一、防爆要求、接收設備的要求、投資等問(wèn)題來(lái)綜合考慮選擇。

       要指出的是三線(xiàn)制和四線(xiàn)制變送器輸出的4-20mA DC信號，由于其輸出電路原理及結構與兩線(xiàn)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(xiàn)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。

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兩線(xiàn)制與四線(xiàn)制互改

       如果要把傳輸信號為0-10mA DC的四線(xiàn)制變送器改為兩線(xiàn)制，首先遇到的問(wèn)題就是其起始電流為零，在電流為零的狀態(tài)下，變送器的電子放大器是無(wú)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(lái)的恒流特性，當變送器在負載電阻為0-1.5KΩ時(shí)，與其串聯(lián)的反饋動(dòng)圈電阻2KΩ左右，當輸出為10mA時(shí)，這兩部分的電壓降將大于24V，也就是說(shuō)用24V DC供電，負載為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(xiàn)制傳輸了。

       70年代曾有儀表廠(chǎng)做過(guò)把0-10mA DC的四線(xiàn)制變送器改為兩線(xiàn)制變送器的工作。

       具體做法是：對原來(lái)的變送器電路進(jìn)行改進(jìn)，并將供電電壓提高至48VDC，但變送器的起始電流仍不能為零，為此采用負向電流來(lái)抵消負載電阻上的起始輸出4mA的電流。

       但這樣的產(chǎn)品也沒(méi)有能得到推廣和應用。

       如果想將兩線(xiàn)制改為四線(xiàn)制，根本沒(méi)有必要，再者這是一種技術(shù)上的倒退。