压力传感器/压力变送器几线制的称谓,是在两线制变送器诞生后才有的。这是电子放大器在仪表中广泛应用的结果,放大的本质就是一种能量转换过程,这就离不开供电。因此zui先出现的是四线制的变送器;即两根线负责电源的供应,另外两根线负责输出被转换放大的信号(如电压、电流等)。ddz-ⅱ型电动单元组合仪表的出现,使供电为220vac,输出信号为0-10madc的四线制变送器得到了广泛的应用,目前在有些工厂还可见到它的身影。
要实现两线制变送器必须同时满足以下条件:
1、压力变送器的输出端电压v等于规定的zui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。即:v≤emin-imax×rlmax
2、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。即:i≤imin
3、变送器的小消耗功率p不能超过下式,通常p<90mw。p
式中emin为zui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。
如果变送器在设计上满足了上述三个条件,就可实现两线制传输。所谓两线制即电源、负载串联在二起,有限公共点,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。两线制还便于使用安全栅,利于安全防爆。
(1)两线制变送器接线示意图(2)四线制变送器接线示意图(3) 三线制变送器接线示意图
两线制变送器如图(1)所示,其供电为24vdc,输出信号为4-20ma,负载电阻为250ω,24v电源的负线电位zui低,它就是信号公共线,对于智能变送器还可在4-20ma信号上加载hart协议的fsk键控信号。
由于4-20madc(1-5vdc)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4-20ma信号制,但是由于其转换电路复杂、功耗大等原因,难以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4-20madc的四线制变送器了。
四线制变送器如图(2)所示,其供电大多为220vac,也有供电为24vdc 的。输出信号有4-20madc,负载电阻为250ω,或者0-10madc,负载电阻为0-1.5kω;有的还有ma和m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。
有的仪表厂为了减小变送器的体积和重量、并提高抗干扰性能、简化接线,而把变送器的供电由220vac改为低压直流供电,如电源从24vdc电源箱取用,低压供电就为负线共用创造了条件,这样就有了三线制的变送器产品。
三线制变送器如图(3)所示,所谓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24vdc,输出信号有4-20madc,负载电阻为250ω或者0-10madc,负载电阻为0-1.5kω;有的还有毫安和毫伏信号,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,选型时应根据本企业的实际情况,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信号,由于其输出电路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,如用信号隔离器、安全栅等,以便和其他仪表共电、共地及避免附加干扰的产生