入门必读：变送器两线、三线、四线制怎么选择？

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　　很多刚接触电工的朋友经常问：三线怎么处理？别急，这篇文章给你讲清楚。

电工

　　需要知道，变送器在工业里用得特别广泛，可它的线制划分，很多刚入行的朋友可能还不太清楚。其实，这线制划分是随着两线制变送器研发出来才有的概念，本质上是

电子




　　放大器在仪表领域大规模应用的结果。
　　放大器主要作用就是放大信号，而放大过程其实就是能量转换，这就得一直有电供应。所以，四线制就成了变送器最早的线制形式。四线制变送器用两根导线供电，另外两根导线专门传输放大后的电信号，像电压、电流信号啥的。以前DDZ - Ⅱ型电动单元组合仪表推广的时候，用220V交流供电、输出0 - 10mA直流信号的四线制变送器，在行业里用得可多了，现在有些工厂还能看到。
　　到了20世纪70年代，我国开始自己生产DDZ - Ⅲ型电动单元组合仪表。这仪表用了国际电工委员会（IEC）定的过程控制系统模拟信号标准，搭建了“电流传输、电压接收”的信号传输体系，核心输出信号是4 - 20mA直流电流，联络信号有1 - 5VDC直流电压和4 - 20mA直流电流两种。这标准给现场仪表实现两线制供电传输打下了技术基础。不过当时技术和工艺有限，两线制一开始就只用在压力、差压变送器上，温度变送器这些还是用四线制。
　　这么多年技术发展下来，现在国内两线制变送器种类多了很多，应用场景也更广了，从国外引进的变送器也大多是两线制的。那实现两线制变送得满足啥条件呢？



　　第一，变送器输出端电压V，不能超过规定的最低

电源

　　电压，减去电流在负载电阻和传输导线电阻上产生的压降，公式是V≤Emin−Imax×RLmax。
　　第二，变送器正常工作电流I，得小于等于输出最小电流，也就是I≤Imin。



　　第三，变送器额定消耗功率P得控制好，通常要求P<90mW，具体公式是P<Imin(Emin−Imax×RLmax)。
　　这里面Emin是最低电源电压，多数仪表24VDC供电电源允许5%负向电压波动，所以Emin = 24×(1 - 5%) = 22.8V；Imax是变送器最大输出电流，取20mA；Imin是最小输出电流，取4mA；RLmax是最大负载电阻，是250Ω和传输导线电阻的总和。只要设计的时候满足这三个条件，就能实现两线制信号传输。两线制就是把电源、负载串联，设个公共接点，现场变送器和控制室仪表之间供电和信号联络就用两根导线，这导线既是电源线又是信号线。而且两线制接线方便搭配安全栅，能提高仪表在易燃易爆场景里的安全防爆性能。现在工业里主流的两线制变送器，都用24VDC直流供电，输出4 - 20mA直流电流信号，标配250Ω负载电阻，24V电源负线是系统最低电位端，也是信号公共线。智能型两线制变送器还能在4 - 20mA基础电流信号上，叠加基于HART协议的FSK键控信号，实现数字和模拟信号同时传输。
　　随着4 - 20mA直流电流信号制式在工业控制系统里普及，行业对信号制式统一性要求更高了。这就要求在线分析仪表、机械量检测仪表这些非电动单元组合类仪表，也能输出4 - 20mA标准电流信号。但这类仪表信号转换电路复杂，功耗高，很难满足两线制三个技术条件，就只能设计成四线制变送器，外接独立电源。四线制变送器供电形式多样，传统用220V交流供电，也有用24VDC直流供电的；输出信号除了4 - 20mA直流电流（标配250Ω负载电阻），还有0 - 10mA直流电流（适配0 - 1.5kΩ负载电阻），部分产品能输出mA、mV级别非标信号，负载电阻或输入电阻随输出电路结构变化。
　　为了优化变送器性能，有些企业把四线制变送器改进了，把220V交流供电改成低压直流供电，像从24VDC电源箱取电。这样电源和信号负线就能共用了，三线制变送器就出现了。三线制变送器电源正端、信号输出正端各接一根导线，电源负端和信号负端共用一根导线，用三根导线完成供电和信号传输。这类变送器都用24VDC低压直流供电，输出信号和四线制差不多。
　　要注意的是，这三种线制变送器给接收仪表传的基础信号都是电流信号，在信号回路里并联接入电阻RL，就能把电流信号转成电压信号，满足不同接收设备需求。
　　总之，变送器出现两线、三线、四线制，是由工作原理和内部结构差异决定的。工业用户选变送器的时候，得结合企业实际生产需求，考虑信号制式统一性、生产场景防爆要求、接收设备信号适配标准和项目投资预算等因素，选最合适的产品。而且三线制和四线制变送器输出的4 - 20mA标准电流信号，内部输出电路结构和两线制有本质区别，实际应用中得关注输出负端能不能和24V电源负线直接连接、能不能共地使用。要是有信号干扰、电位不匹配问题，就得加装信号隔离器、安全栅等设备，确保变送器和其他仪表共电、共地，避免干扰影响信号传输。