今天西森工程師和大家討論的兩線制、三線制、四線制，是指各種輸出為模擬直流電流信號(hào)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。

 首先，我們先看一下它們的定義

 兩線制：兩根線及傳輸電源又傳輸信號(hào)，也就是傳感器輸出的負(fù)載和電源是串聯(lián)在一起的，電源是從外部引入的，和負(fù)載串聯(lián)在一起來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

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

   四線制：電源兩根線，信號(hào)兩根線。電源和信號(hào)是分開工作的。

   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。

        因此最先出現(xiàn)的是四線制的變送器；即兩根線負(fù)責(zé)電源的供應(yīng)，另外兩根線負(fù)責(zé)輸出被轉(zhuǎn)換放大的信號(hào)（如電壓、電流、等）。但目前，很多變送器采用二線制。

      下面，我們就來具體看看不同線制變送器的差異有哪些？

不同線制變送器的差異

一、兩線制

要實(shí)現(xiàn)兩線制變送器，必須要同時(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)定的最低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)

      變送器的最小消耗功率P不能超過上式，通常＜90mW。

       式中：Emin=最低電源電壓，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。

  所謂兩線制即電源、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。

        兩線制變送器由于信號(hào)起點(diǎn)電流為4mADC，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4mADC，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24VDC，輸出信號(hào)為4-20mADC，負(fù)載電阻為250Ω，24V電源的負(fù)線電位最低，它就是信號(hào)公共線，對(duì)于智能變送器還可在4-20mADC信號(hào)上加載HART協(xié)議的FSK鍵控信號(hào)。

二、三線制

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220VAC改為低壓直流供電，如電源從24VDC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24VDC，輸出信號(hào)有4-20mADC，負(fù)載電阻為250Ω或者0-10mADC，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。

三、四線制

由于4-20mADC（1-5VDC）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4-20mADC信號(hào)制，但是由于其轉(zhuǎn)換電路復(fù)雜、功耗大等原因，難于全部滿足兩線制變送器設(shè)計(jì)的三個(gè)條件，從而無法做到兩線制，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。

     四線制變送器如圖所示，其供電大多為220VAC，也有供電為24VDC的。

    輸出信號(hào)有4-20mADC，負(fù)載電阻為250Ω，或者0-10mADC，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。

        以上三個(gè)圖中，輸入接收儀表的是電流信號(hào)，如將電阻RL并聯(lián)接入時(shí)，則接收的就是電壓信號(hào)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(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4-20mADC信號(hào)，由于其輸出電路原理及結(jié)構(gòu)與兩線制的是不一樣的，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。

    四、兩線制與四線制互改

    如果要把傳輸信號(hào)為0-10mADC的四線制變送器改為兩線制，首先遇到的問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24VDC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。

        70年代曾有儀表廠做過把0-10mADC的四線制變送器改為兩線制變送器的工作。

   具體做法是：對(duì)原來的變送器電路進(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(fù)向電流來抵消負(fù)載電阻上的起始輸出4mA的電流。